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i

UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS

AGROPECUARIAS Y AMBIENTALES

CARRERA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

“OBTENCIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO ALE

OSCURA UTILIZANDO UN EQUIPO BIORREACTOR DE

NIVEL PILOTO”

Tesis previa a la obtención del Título de:

INGENIERA AGROINDUSTRIAL

AUTORAS:

Fuentes Ruano Angela Paola

Fuentes Ruano Evelyn Karina

DIRECTOR:

Ing. Carla Almendáriz MSc.

Ibarra-Ecuador

2014

iii


BIBLIOTECA UNIVERSITARIA

AUTORIZACIÓN DE USO Y PUBLICACIÓN

A FAVOR DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE

1. IDENTIFICACIÓN DE LA OBRA

La Universidad Técnica del Norte dentro del proyecto Repositorio Digital

Institucional, determinó la necesidad de disponer de textos completos en formato

digital con la finalidad de apoyar los procesos de investigación, docencia y extensión

de la Universidad.

Por medio del presente documento dejamos sentada nuestra voluntad de participar en

este proyecto, para lo cual ponemos a disposición la siguiente información:

DATOS DE CONTACTO 1

CÉDULA DE IDENTIDAD: 1002857611

APELLIDOS Y NOMBRES: Fuentes Ruano Angela Paola

DIRECCIÓN: Carlos Oña #1 y Santander

Tulcán – Ecuador

EMAIL: [email protected]

TELÉFONO

FIJO 062245746

TELÉFONO

MOVIL 0985589813

DATOS DE CONTACTO 2

CÉDULA DE IDENTIDAD: 1002857637

APELLIDOS Y NOMBRES: Fuentes Ruano Evelyn Karina

DIRECCIÓN: Calle Quito #6337 Ibarra-Ecuador

EMAIL: [email protected]

TELÉFONO

FIJO 062545008

TELÉFONO

MÓVIL 0969597377

iv

DATOS DE LA OBRA

TÍTULO OBTENCIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO ALE

OSCURA UTILIZANDO UN EQUIPO BIORREACTOR

DE NIVEL PILOTO

AUTOR(AS) - Fuentes Ruano Angela Paola

- Fuentes Ruano Evelyn Karina

FECHA:

SOLO PARA TRABAJOS DE GRADO

PROGRAMA: PREGRADO

TÍTULO POR EL

QUE OPTA

Ingeniera Agroindustrial

DIRECTOR MSc. Carla Almendáriz

vii

DEDICATORIA

Con mucho cariño dedico este trabajo a Dios, a mis

padres, a mi esposo, a mis hijas y a mis hermanos.

Anghe

A Dios, por brindarme su amparo en la elaboración del

presente trabajo de tesis.

A mi padre y madre que con su amor y enseñanzas han sido

mi impulso y guía en todo momento.

A mi hermana y hermano por ser mis compañeros y amigos

inseparables.

Evelyn.

viii

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a la Universidad Técnica del Norte, Facultad de Ingeniería en Ciencias

Agropecuarias y Ambientales, Escuela de Ingeniería Agroindustrial y a las Unidades

Productivas y Laboratorios de uso Múltiple.

A nuestros maestros, en especial al Ing. Jorge Granja e Ing. Marcelo Miranda por su

colaboración y tiempo brindados para el inicio de la elaboración de este trabajo.

A la Ing. Carlita Almendáriz, Directora de Tesis por su apoyo total y tiempo

constante dedicados para el desarrollo de la presente tesis.

A nuestros estimados Asesores, Dra. Lucia Yépez, Ing. Jimmy Cuarán e Ing. Carlos

Paredes por la orientación y apoyo en mejora de nuestra investigación.

Al Dr. José Moreno por su amistad y cooperación en la elaboración de los análisis

requeridos.

Las Autoras

ix

RESUMEN

En el presente trabajo se presentan los parámetros de inicio, procesamiento y

características de la cerveza artesanal tipo Ale oscura.

Esta bebida fue elaborada utilizando levaduras del género Saccharomyces cerevisiae,

y se obtuvo una tonalidad oscura, por medio de la utilización de tres porcentajes de

malta tostada en la fórmula.

Uno de los factores influyentes en la elaboración de cerveza es la temperatura de

fermentación; ésta debe ser constante y estable durante todo el tiempo que dure el

proceso, por lo que se utilizó un biorreactor eléctrico, con el fin de establecer la

influencia de la temperatura en el tiempo de fermentación.

El proceso para obtener cerveza artesanal tipo Ale oscura consta de los siguientes

pasos: recepción, selección, pesado, malteado, tostado, molienda, maceración, lavado,

filtrado, hervido, enfriado, inoculación, fermentación, maduración y envasado.

Para el análisis de las variables se empleó un diseño completamente al azar (DCA) con

arreglo factorial A x B, siendo el factor A la cantidad de malta tostada que se adicionó

a la fórmula en proporciones del 5, 10 y 15%, y el factor B la temperatura de

fermentación utilizada 15, 20 y 25°C, obteniéndose 9 tratamientos con 3 repeticiones,

esto es 27 unidades experimentales de 20 litros de mosto cada una, los mismos que

fueron utilizados para evaluar la influencia de la temperatura en el tiempo de

fermentación, el pH, grado alcohólico, aspecto, color, olor, sabor y preferencia de la

cerveza.

Además, se realizó la prueba de Tukey al 5% para tratamientos, la prueba Diferencia

Mínima Significativa (DMS) para factores, para la evaluación del aspecto, color, olor

y sabor la prueba analítica discriminativa de ordenamiento y para la preferencia la

prueba de Friedman.

x

Al final del proceso de fermentación se determinó el rendimiento del producto

mediante balance de materiales y se evaluó la eficiencia del biorreactor.

Con el producto terminado se realizó un análisis sensorial, con la colaboración de 15

personas que evaluaron el aspecto, color, olor, sabor y preferencia del producto, por

medio de una degustación.

Los resultados demostraron que T8 (15% de malta tostada, 20°C) fue el mejor

tratamiento, por lo que se analizó el rendimiento, costos y análisis microbiológico de

conteo de mohos y levaduras, según el método de ensayo de la Asociación de las

Comunidades Analíticas AOAC 997.02 y Recuento en placa, utilizando el método de

ensayo de la Asociación de las Comunidades Analíticas AOAC 989.10, para este

tratamiento.

xi

SUMMARY

In this paper, we present the startup parameters, and processing characteristics of the

Handcrafted beer type dark Ale.

This drink was prepared using yeasts of the genus Saccharomyces cerevisiae, and

obtained a dark in tone, through the use of three percentages of toasted malt in the

formula.

One of the influential factors in the development of beer is the temperature of

fermentation; this must be constant and stable during the entire duration of the

procedure so that was used a bioreactor electric, in order to establish the influence of

temperature on the fermentation time.

The process for obtaining handcrafted beer type dark Ale consists of the following

steps: reception, selection, heavy, malty, roasting, grinding, maceration, washing,

filtered, boiled, cooled, inoculation, fermentation, maturation and bottling.

For the analysis of the variables employed a completely randomized design (CRD)

factorial arrangement with A x B, being the factor to the amount of toasted malt that

was added to the formula in proportions of 5, 10 and 15 %, and the B-factor the

fermentation temperature used 15, 20 and 25 °C, and obtained 9 treatments with 3

replications, this is 27 experimental units of 20 liters of wine each, the same that were

used to assess the influence of temperature in the fermentation time, pH, alcoholic

strength, appearance, color, smell, taste and preference of the beer.

In addition, the Tukey test at the 5% for treatments, the Minimum Significant

Difference test (DMS) for factors, for the evaluation of the appearance, color, smell

and taste the analytical test ordering and discriminative preference for the Friedman

test.

xii

At the end of the process of fermentation was determined the performance of the

product through material balance and assessed the efficiency

With the finished product was a sensory analysis, with the collaboration of 15 persons

who evaluated the appearance, color, smell, taste and preference of the product,

through

a tasting.

The results showed that T8 (15% of toasted malt, 20 °C) was the best treatment, by

what was discussed the performance, costs and microbiological analysis of count of

molds and yeasts, according to the method of test of the Association of Analytical

communities AOAC 997.02 and plate count, using the test method for the Association

of Analytical communities AOAC 989.10 for this treatment.

xiii

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO PÁGINA

CAPÍTULO I

1 INTRODUCCIÓN………………………………………………..…………….1

1.1 PROBLEMA………………………………………………………….…........1

1.2 JUSTIFICACIÓN……………………………………………………….........2

1.3 OBJETIVOS……………………………………………………….…………3

1.3.1 GENERAL…………………………………………………………….……3

1.3.2 ESPECÍFICOS…………………………………………………….………..3

1.4 HIPÓTESIS……………………………………………………..…………….4

CAPÍTULO II

2. Marco Teórico………………………………..………………………………...5

2.1 La Cerveza……………………………………..……………………………...5

2.2 Tipos De Cerveza………………………………………………..………........5

2.2.1 Cerveza Tipo Ale……………………………………………………....……6

2.2.2 Cerveza Tipo Lager…………………………………………………...…......6

2.3 Cerveza Artesanal…………………………………………………....……......7

2.4 Composición de la cerveza……………………………………………………7

2.5 Valor Nutritivo……………………………………………...…………..……..9

2.6 Materias primas de la cerveza………………………………………….…….10

2.6.1 La Cebada…………………………………………………………….....….10

2.6.1.2 Componentes de la cebada……………………………………………..…11

2.6.2 El Lúpulo……………………………………………………………….…..11

2.6.2.1 Variedades de lúpulo………………………………………………….….12

2.6.3 Levadura Saccharomyces Cerevisiae…………………………………........13

2.6.3.1 Clasificación Científica de la levadura……………………………….......14

2.6.4 El agua………………………………………………………...…………....15

2.6.5 Sacarosa………………………………………………………...………..…15

2.7 Proceso artesanal…………………………………………………………......15

2.7.1 Malteado………………………………………………………………........16

2.7.1.1 Síntesis de enzimas………………………………………………….....…17

xiv

2.7.2 Secado…………………………………………………………………...…...17

2.7.2.1 La malta………………………………………………………………..…..18

2.7.3 Tostado……………………………………………………………………....19

2.7.3.1 Malta tostada……………………………………………………………....20

2.7.3.2 Mezcla entre maltas tostadas y sin tostar………………………...……......20

2.7.4 Molienda…………………………………………………………………......21

2.7.5 Maceración…………………………………………………………..…….....21

2.7.6 Hervido del mosto…………………………………………………….....…...21

2.7.7 Enfriamiento…………………………………………………………….…....21

2.7.8 Fermentación……………………………………………………………........21

2.7.8.1 Fermentación alcohólica……………………………………………...….....22

2.7.9 Envasado…………………………………………………………………..….23

2.8 Importancia de la temperatura en la fermentación………………………..….....23

2.9 Tiempo de fermentación…………………………………………………….….24

2.10 Importancia del pH en la cerveza………………………………………….….24

2.11 Grado alcohólico……………………………………………………………...25

2.12 Características organolépticas de la cerveza artesanal…………………….….26

2.13 Degustación…………………………………………………………….……..26

2.13.1 Apreciación visual………………………………………………….…….…27

2.13.2 Apreciación olfativa…………………………………………………..…….27

2.13.3 Apreciación del sabor………………………………………………..……...27

2.14 Defectos de la cerveza…………………………………………………..….…28

2.14.1 Acción de los microorganismos………………………………………….....28

2.14.2 Daños físicos…………………………………………………………….….28

2.14.3 Daños Químicos……………………………………………………….........28

2.15 Biorreactor………………………………………………………….….……..29

2.15.1 Tipos de biorreactor…………………………………...…………………....29

2.15.1.1 Biorreactor con agitación………………………………………………....29

2.15.1.2 Biorreactor con agitación por burbujeo………………………………..….30

2.15.1.3 Biorreactor de disco rotatorio………………………………………..…....30

2.15.2 Eficiencia del Biorreactor…………………………………………..……….31

2.15.2.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor……………………..…….31

xv

CAPÍTULO III

3. Materiales y métodos………………………………………...…………………33

3.1 Materiales………………………………………………………………...……33

3.1.1 Materias primas………………………………………………………...……33

3.1.2 Equipos……………………………………………………………....………33

3.1.3 Laboratorio……………………………………………………………..……35

3.2 Métodos…………………………………………………………….…….…....35

3.2.1 Caracterización del área de estudio……………………………..……....…...35

3.3 Factores en estudio…………………………………………………..……....…36

3.3.1 Tratamientos………………………………………………...……….…….…36

3.3.2 Diseño experimental…………………………………………………….........37

3.3.3 Características del experimento…………………………………………........37

3.3.4 Análisis de varianza………………………………………………….....….…37

3.4 Manejo específico del experimento……………………………………........….38

3.4.1 Diagrama de bloques …………………….……………………………..…....38

3.4.2 Diagrama de flujo …………………..…………………………………..…....40

3.4.3 Descripción del Proceso………………………….…………………….….....42

3.4.3.1 Recepción……………………………………………………………..........42

3.4.3.2 Selección……………………………………………………………….…..42

3.4.3.3 Pesado…………………………………………………………………...…43

3.4.3.4 Malteado…………………………………………………………….…......43

3.4.3.5 Secado…………………………………………………………….…….....44

3.4.3.6 Tostado………………………………………………………………….....44

3.4.3.7 Molienda………………………………………………………..………....45

3.4.3.8 Maceración………………………………………………………..….……46

3.4.3.9 Lavado………………………………………………………….…….……46

3.4.3.10 Filtración…………………………………………………………………47

3.4.3.11 Hervido Del Mosto ………………………………………………...……47

3.4.3.12 Enfriamiento…………………………………………………...…….......48

3.4.3.13 Inoculación……………………………………………………...……….48

3.4.3.14 Fermentación……………………………………………………...……..49

3.4.3.15 Maduración……………………………………………………...……….49

xvi

3.4.3.16 Envasado y etiquetado……………………………………...………......50

3.5 Determinación de variables…………………………………..……………...51

3.5.1 Variables cuantitativas………………………………………………...…...51

3.5.1.1 Descripción del método de evaluación – variables cuantitativas…...........51

3.5.2 Variables cualitativas……………………………………………..…..……52

3.5.2.1 Descripción del método de evaluación – variables cualitativas…....…….52

3.5.3 Variables microbiológicas………………………………………...………..53

3.5.3.1 Descripción del método de evaluación – variables microbiológicas...…..53

3.5.4 Rendimiento……………………………...…………………….…..……....53

3.5.5 Costos………………………………………………………...…………….53

3.5.6 Eficiencia del biorreactor……………………………………..………..….54

3.5.6.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor…………………...….…..54

CAPÍTULO IV

4. Resultados y discusiones…………………………………………………….....55

4.1 Análisis estadístico de las variables cuantitativas………………………….....55

4.1.1 Análisis de la influencia de la temperatura en el tiempo de fermentación.....55

4.1.2 Análisis del pH……………………………………………..…………….....59

4.1.3 Análisis del grado alcohólico……………………………………………….61

4.2 Análisis estadístico de las variables cualitativas………………………...……63

4.2.1 Análisis del aspecto…………………………………………………............63

4.2.2 Análisis del color…………………………………………………................65

4.2.3 Análisis del olor……………………………………………………….…….67

4.2.4 Análisis del sabor……………………………………………………..…..…69

4.2.5 Análisis del % óptimo entre m. tostada y sin tostar ……………………...…71

4.3 Análisis microbiológico del mejor tratamiento………………………..….…..74

4.4 Rendimiento del mejor tratamiento……………………………………….…..75

4.5 Costos de producción del mejor tratamiento………………………….………77

4.6 Eficiencia del biorreactor………………………………………......….....……77

4.6.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor…………………………......78

CAPÍTULO V

5. Conclusiones y recomendaciones……………………………………………....80

5.1 Conclusiones……………………………………………..…………………....80

xvii

5.2 Recomendaciones………………………………………...……………….…..81

CAPÍTULO VI

6. Bibliografía……………………………………………………………..….…...82

CAPÍTULO VII

7. Anexos…………………………………………………………………..……..86

ÍNDICE DE CUADROS

CONTENIDO PÁGINA

Cuadro1: Composición de la cerveza industrial........................................................8

Cuadro2: Composición de la cerveza artesanal…………………………………….9

Cuadro 3: Composición de la Cebada…………………………………….….……11

Cuadro 4: Clasificación científica de las levaduras……………………………….14

Cuadro 5: Tratamientos……………………………………………………............36

Cuadro 6: ADEVA………………………………..………………………….……37

Cuadro 7: Variables Cuantitativas…………………………………………............51

Cuadro 8: Variables Cualitativas……………………………………………..……52

Cuadro 9: Variables microbiológicas………………………………....….………..53

Cuadro 10: Costos…………………………………………………….……...........54

Cuadro 11: Datos del tiempo de fermentación……………………………….........55

Cuadro 12: ADEVA del tiempo de fermentación….………………………............55

Cuadro 13: Tukey tiempo de fermentación………………………………….…….56

Cuadro 14: DMS factor A……………………………………………..…...............56

Cuadro 15: DMS factor B……………………………………………….…………57

Cuadro 16: Datos del pH………………….………………………………..………59

Cuadro 17: ADEVA del pH………………..………………………………..……..59

Cuadro 18: Datos del Grado Alcohólico…………………………………….…......61

Cuadro 19: ADEVA del grado alcohólico…………………………………..……..61

Cuadro 20: DMS Malta tostada…………………………………………...………..62

Cuadro 21: Datos del Aspecto Fase 1...………………………….…………...........63

Cuadro 22: Datos del Aspecto Fase 2...………………………….…………...........64

Cuadro 23: Datos del Color Fase 1……………………………….………..............65

xviii

Cuadro 24: Datos del Color Fase 2……………………………………………….66

Cuadro 25: Datos del Olor Fase 1………………………………………….……..67

Cuadro 26: Datos del Olor Fase 2………………………………….......…...…….68

Cuadro 27: Datos del Sabor Fase 1………………………………………….........69

Cuadro 28: Datos del Sabor Fase 2…………………………………..…………...70

Cuadro 29: Datos de la Preferencia Fase1………………………………………...71

Cuadro 30: Datos de la Preferencia Fase 2…………………………………..…....72

Cuadro 31: Datos de la Preferencia Fase 3….………………………………..…...73

Cuadro 32: Análisis Microbiológico………………………………………..….….74

Cuadro 33: Costos de Producción del mejor tratamiento………………………….77

ÍNDICE DE GRÁFICOS

CONTENIDO PÁGINA

Gráfico 1: Levadura……………………………………………………………….13

Gráfico 2: Explotación industrial de los microorganismos………………….........14

Gráfico 3: Germinación de la cebada…………………………………………..…17

Gráfico 4: Pérdida de agua de la malta………………….………………….……..18

Gráfico 5: Conversión de la maltosa en glucosa...…………………………….…..19

Gráfico 6: Reacción de Maillard…..………………………………………...….…19

Gráfico 7: Formación de color y nuevos sabores………………………….………20

Gráfico 8: Fermentación alcohólica……………………………….………………22

Gráfico 9: Curso de fermentación ale……………………………………….….…22

Gráfico 10: Biorreactor con agitación………………………………………...…..29

Gráfico 11: Biorreactor con agitación por burbujeo………………………...…….30

Gráfico 12: Biorreactor de disco rotatorio…………………………….….….……30

Gráfico 13: Sistema de codificación de resistencias eléctricas………….……...…32

Gráfico 14: Biorreactor utilizado para el experimento…………………...….……34

Gráfico 15: Interacción A x B………………………………………….………....57

Gráfico 16: Representación del tiempo de fermentación…………………….…...57

Gráfico 17: Representación de la densidad vs. el tiempo…………………............58

Gráfico 18: Representación de la dinámica de crecimiento de las levaduras...…...58

Gráfico 19: Representación del pH obtenido en los tratamientos…………….…...60

xix

Gráfico 20: Representación del pH vs. el tiempo………………………..…….…60

Gráfico21: Representación del grado alcohólic… ……….………….…………...62

Gráfico 22: Representación del grado alcohólico vs. el tiempo…….……….……62

Gráfico 23: Aspecto fase 1……………………………….……….…….………...64

Gráfico 24: Aspecto fase 2…………………………………………………..……65

Gráfico 25: Color fase 1…………………………………………………….....….66

Gráfico 26: Color fase 2……………………………….…..…………….………..67

Gráfico 27: Olor fase 1…………………………….…………….…….….…........68

Gráfico 28: Olor fase 2…………………………………………..……..…………69

Gráfico 29: Sabor fase 1……………………………………………...…………...70

Gráfico 30: Sabor fase 2……………………………...…………………………...71

Gráfico 31: Preferencia fase 1…………………………...……………….……….72

Gráfico 32: Preferencia fase 2……………………………...………….………….73

Gráfico 33: Preferencia fase 3……………………………...…………………..…74

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS

CONTENIDO PÁGINA

Fotografía 1: Tipos de cerveza……………………………………………………..5

Fotografía 2: Cerveza tipo Ale………………………………………...…..……….6

Fotografía 3: Cerveza Tipo Lager………………….……………………...……….7

Fotografía 4: Cebada.……………………………………………………………..10

Fotografía 5: Lúpulo………………………………………………...…………….11

Fotografía 6: Materias primas……………………………………...……………...42

Fotografía 7: Selección…………………………………………...………..........…42

Fotografía 8: Pesado…………………………………………………...………..…43

Fotografía 9: Remojo…………………………………………...…………………43

Fotografía 10: Germinación…………………………………...……….............….43

Fotografía 11: Cebada Germinada…………………………...…….……………...44

Fotografía 12: Malta………………………………………...…………...………..44

Fotografía 13: Tostado……………………………………………………..……...45

Fotografía 14: Molienda…………………………………………………………..45

Fotografía 15: Maceración…………………………………….…………………..46

xx

Fotografía 16: Lavado…………………………………………………………….46

Fotografía 17: Filtración………………………………………….…….………....47

Fotografía 18: Hervido ……………………………………………...…………....47

Fotografía 19: Enfriamiento…………………………………………..…….…….48

Fotografía 20: Levadura activada………………………………………..….…….48

Fotografía 21: Inoculación……………………………………….………….…….48

Fotografía 22: Fermentación…………………………………………….….…..…49

Fotografía 23: Maduración………………………………………………….……..50

Fotografía 24: Envasado……………………………..………………………........50

Fotografía 25: Etiquetado……………………………………………………..…..51

ÍNDICE DE ANEXOS

CONTENIDO PÁGINA

Anexo 1: Protocolo de uso y funcionamiento del equipo...…………..……………86

Anexo 2: Encuesta de consumo de cerveza………………………………….…….88

Anexo 3: Datos de la encuesta…………………………………….….………....…90

Anexo 4:Ficha de Degustación……………………………….………………..…..94

Anexo 5: Datos de la Degustación………………………..………………………..99

Anexo 6: Fotografías de la Degustación…………………...……………….….…100

Anexo 7: Tabla SRM…………………………...……………………..……….….102

Anexo 8: Fórmula base……………………………………………………..…..…102

Anexo 9: Resultado del análisis microbiológico……...………………………..…103

Anexo 10: Resultado del análisis físico – químico……………………….………104

Anexo 11: Resultado del análisis de acidez de la cerveza…………………..…….105

Anexo 12: Hoja técnica de la levadura………………………………..…………..106

Anexo 13: Hoja técnica del lúpulo…………………………………………..……107

Anexo 14: Método turbidimétrico……………………………………..………….108

Anexo 15: Normas INEN……………………………………………..…………..108

1

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 PROBLEMA

En Latinoamérica la preferencia por las bebidas de elaboración artesanal es una

de las tendencias de consumo observadas en el estudio de los gustos de los

consumidores (Mundo cerveza, 2013).

En el Ecuador está creciendo la preferencia del consumidor por productos nuevos

y artesanales, lo que promueve su fabricación.

Sin embargo, las nuevas políticas del gobierno prohíben importar productos que

se considera pueden ser fabricados en el país, como es el caso de la cerveza

artesanal, quedando por tal razón desatendido este mercado. Además para su

elaboración no se cuenta con parámetros estandarizados de inicio, de proceso y

del producto final, lo que no asegura o garantiza la obtención de un producto

homogéneo y certificado para su consumo, siendo éste uno de los principales

problemas para su producción.

Según la Agencia de Regulación, Control y Vigilancia Sanitaria al no existir una

norma técnica específica para la cerveza artesanal no se habían registrado

productos de este tipo, ni tampoco establecimientos que la fabriquen (Tamariz,

2013).

2

1.2 JUSTIFICACIÓN

El presente trabajo, pretende establecer parámetros de inicio, procesamiento y

características de la cerveza artesanal tipo Ale oscura, con el fin de estandarizar la

producción en el Ecuador.

Al caracterizar la materia prima, su formulación y regularizar el proceso de

producción mediante un biorreactor de nivel piloto que permita tener una

estabilidad en la producción se proyecta la obtención de una cerveza homogénea.

Mediante este estudio se podría contribuir a establecer parámetros iniciales para

una norma de cerveza artesanal, debido a que por sus características propias no se

puede compararla o adaptarla con la norma INEN 2262 para cerveza, ya que sus

condiciones físicas, químicas y microbiológicas son diferentes a la cerveza

industrial.

El consumidor ecuatoriano cada vez es más exigente, busca nuevos productos, lo

que motiva la producción de cerveza artesanal, su consumo y la creación de

microempresas, exaltando el espíritu emprendedor de los mismos.

3

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 GENERAL

1. Obtener cerveza artesanal tipo Ale oscura utilizando un equipo biorreactor de

nivel piloto.

1.3.2 ESPECÍFICOS

1. Establecer la influencia de la temperatura en el tiempo de fermentación

requerido para la elaboración de cerveza artesanal tipo Ale oscura.

2. Valorar el pH, grado alcohólico, aspecto, color, olor y sabor de la cerveza.

3. Determinar el porcentaje de mezcla óptimo entre malta tostada y sin tostar

para la elaboración de cerveza artesanal tipo Ale oscura utilizando un

biorreactor de 50 litros de capacidad.

4. Realizar pruebas microbiológicas como: conteo de mohos y levaduras y

recuento en placa, al mejor tratamiento.

5. Definir el rendimiento y costos de producción del mejor tratamiento.

6. Evaluar el funcionamiento del biorreactor de 50 litros y de manera especial la

estabilidad en la temperatura de la fermentación por medio de un sistema

eléctrico.

4

1.4 HIPÓTESIS

1) Ho Los porcentajes de mezcla entre malta tostada y sin tostar no influyen en

las características organolépticas de la cerveza artesanal tipo Ale oscura.

2) Ho La temperatura no influye en el tiempo requerido para la fermentación en

el proceso de obtención de cerveza artesanal tipo Ale oscura.

1) Ha Los porcentajes de mezcla entre malta tostada y sin tostar influyen en las

características organolépticas de la cerveza artesanal tipo Ale oscura.

2) Ha La temperatura influye en el tiempo requerido para la fermentación en el

proceso de obtención de cerveza artesanal tipo Ale oscura.

5

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 LA CERVEZA

La cerveza es una bebida alcohólica no destilada, elaborada por medio de la

fermentación de una solución de cereales, donde el almidón ha sido parcialmente

hidrolizado y se le ha conferido por infusión el sabor del lúpulo. La cerveza se puede

considerar como la bebida preparada a base de cualquier cereal (por ejemplo, la

cerveza de sorgo africana, o la Weissbier, elaborada con una alta proporción de malta

de trigo), pero normalmente el término se refiere al producto elaborado a partir de

malta de cebada, con o sin la adición de otros cereales no malteados, que son conocidos

como adjuntos (Páez, 2010).

2.2 TIPOS DE CERVEZA

Fotografía 1: Tipos de cerveza

En función de las materias primas utilizadas en su elaboración, de los procesos

industriales aplicados y de su composición, se distinguen infinidad de tipos de cerveza.

Según la materia prima: un criterio de clasificación hace referencia al cereal

utilizado como materia prima fundamental. Si simplemente se utiliza la

denominación de cerveza, significa que procede de la cebada. Si es

reemplazada por otros cereales, se deberá indicar el cereal o cereales de

procedencia.

Según el tipo de fermentación: se clasifica en dos grandes grupos, las de baja

y las de alta fermentación, las cuales a su vez presentan diversas subcategorías

en función de la zona de origen.

6

Contenido en extracto seco: un criterio de calidad de la cerveza se refiere a la

cantidad de cereales utilizada en su elaboración, lo cual se expresa como

Extracto Seco Primitivo (ESP) y que corresponde a los componentes del mosto

antes de su fermentación, así las cervezas normales contienen un ESP entre 11

y 13, las especiales entre 13 y 15 y las extras, superior a 15.

Contenido de alcohol: es muy variable, la mayoría rondan el 5%, pero es

posible encontrar cervezas de bajo contenido en alcohol a las que se designan

como light (Rodríguez, 2008).

2.2.1 Cerveza Tipo Ale

Son cervezas obtenidas con levaduras que fermentan a altas temperaturas, la nota de

malta domina sobre la de lúpulo, además de estar impregnada de aromas de especias

más complejas y persistentes, éste tipo de cervezas reagrupa diferentes variedades

(Pilla & Vinci, 2012).

Fotografía 2: Cerveza tipo Ale (Dudes, 2014)

2.2.2 Cerveza Tipo Lager

Esta cerveza debe su nombre a los almacenes (lager, en alemán) o bodegas donde los

cerveceros bávaros producían y la conservaban en estaciones frías del año.

7

El frío de la estación y de las bodegas permitía que ciertas levaduras dieran

nacimientos a cervezas de color dorado brillante, espuma firme y persistente y con

volumen de alcohol de 4 a 5% (Pilla & Vinci, 2012).

Fotografía 3: Cerveza tipo Lager (Gonal, 2014)

2.3 CERVEZA ARTESANAL

Es una cerveza de características muy personales, diferenciadas de las marcas

industriales. Carece de pasteurización y filtración, sin ningún tipo de aditivos ni

conservantes; posee levadura sedimentada en la botella que genera una segunda

fermentación en el envase (Castillo J. , 2012).

2.4 COMPOSICIÓN DE LA CERVEZA

En los cuadros siguientes se muestra la composición de la cerveza industrial y

artesanal.

8

Cuadro 1: Composición de la cerveza industrial

Agua 91%

Alcohol 5%

Residuos de hidratos de carbono 4%

Energía 450 Kcal

Sustancias protéicas 6 g

Anhídrido carbónico 5 g

Aminoácidos esenciales 80 mg

Polifenoles 100 mg

Alcoholes superiores 100 mg

Ésteres 25 mg

Potasio 350 mg

Sodio 30 mg

Calcio 40 mg

Magnesio 80 mg

Fósforo 250 mg

Cobre 0,05 mg

Hierro 0,03 mg

Ácido pirúvico 80 mg

Ácido cítrico 110 mg

Vitamina B3 (niacina) 7700 ug

Vitamina B5 (ácido pantoténico) 1500 ug

Vitamina B6 (piridoxina) 600 ug

Vitamina B2 (riboflavina) 300 ug

Vitamina B9 (ácido fólico) 80 ug

Vitamina B (tiamina) 25 ug

Vitamina H (biotina) 10 ug

(Inaroja & Soriano, 2009)

9

Cuadro 2. Composición de la cerveza artesanal

100 ml

Cerveza

kcal Agua

g

Proteína

g

Lípidos

g

h. dec.

g

Tiramina

g

Histamina

g

Na

mg

Oscura 30 93.3 0.4 0 2.8 1.2 ND 16

Rubia 12 90.6 0.5 0 2.9 1.2 0.63 5

Tipo Pale 11 93.7 0.25 0 2.8 ND 0.45 4

Tipo

Brown 45 91 0.4 0 3.5 ND ND 10

(Cerveza y salud, 2012)

2.5 VALOR NUTRITIVO

La cerveza como bebida alcohólica moderada, es una bebida nutritiva, excitante,

fortificante, a la vez refresca y tonifica. El consumo de cerveza aporta vitaminas del

tipo B y D, minerales, antioxidantes, carece de grasas y el alcohol que contiene es

bueno para las arterias y el corazón (Castillo J. , 2012).

Por su alto contenido en agua y reducido aporte calórico, se la considera como un

rápido calmante de la sed, la baja graduación alcohólica, el reducido contenido en

hidratos de carbono y nulo de lípidos hace que las cervezas aporten poca energía (40

kcal/100 ml en las rubias y 50 kcal/100 ml en las oscuras). Esto conlleva que en ciertos

casos se consuman grandes cantidades de cerveza que pueden llegar a cubrir en cierto

grado las necesidades nutritivas de algunos minerales y fibra soluble. Aunque también

posee en pequeñas cantidades sustancias consideradas toxicológicamente como

problemáticas, como son las aminas biógenas, tiramina e histamina, implicadas en

reacciones alérgicas (Rodríguez, 2008).

100 ml

Cerveza

K

Mg

Na

mg

Na

Mg

Mg

mg

Ca

mg

B1

mg

B2

Mg

Pantoténico

mg

B6

mg

Fólico

mcg

Oscura 33 16 16 ND 7 tr ND ND 0,01 4

Rubia 38 5 5 9 4 0,01 ND ND ND ND

Tipo Pale 21 4 4 ND 1 tr ND 0,03 ND ND

Tipo

Brown 57 10 10 9 6 tr 0,03 ND 0,03 10

10

2.6 MATERIAS PRIMAS DE LA CERVEZA

2.6.1 La Cebada

Fotografía 4: Cebada

La cebada es una planta graminácea parecida al trigo, de espigas formadas por

espiguillas uniformes y grano aguzado en los extremos. Es una de las plantas agrícolas

más antiguas. Ocupa el cuarto lugar en volumen de producción de cereales, después

del trigo, el arroz y el maíz (Castillo C. , 2002).

Las cebadas cultivadas se distinguen por el número de espiguillas que quedan en cada

diente del raquis. Si queda solamente la espiguilla intermedia, tendremos la cebada de

dos hileras (Hordeum distichum), si quedan solo las dos espiguillas laterales,

tendremos la cebada de cuatro hileras (Hordeum tetrastichum) y si se desarrollan las

tres espiguillas tendremos la cebada de seis hileras (Hordeum hexastichum) (Guerrero,

1998).

Generalmente la cebada que entra en el proceso de malteado es la de dos hileras, por

su relación harina/cascarillas (Castillo C. , 2002).

La fabricación de cerveza siempre ha implicado el empleo de enzimas. La malta de

cebada es la materia prima más importante como base para la producción del extracto

11

y, al mismo tiempo, la única fuente esencial de enzimas. La cebada resulta ventajosa

por las siguientes razones:

El almidón en la cebada se gelatiniza a temperaturas de maceración normales

y, por tanto, no requiere ebullición.

La proporción de amilasa y amilopectina en la cebada es muy parecida a la de

la malta.

La cebada contiene β amilasa.

La proteína de la cebada es muy parecida a la de la malta (Zaragoza, Vincent,

& Alvarez, 2006).

2.6.1.2 Componentes de la Cebada

Composición aproximada de un grano de cebada:

Cuadro 3: Composición de la cebada

COMPONENTES %

Humedad 14

Carbohidratos 66,5

Proteína 10

Grasa 1,8

Celulosa 5,2

Materias minerales 2,6

(Castillo C. , 2002)

2.6.2 El Lúpulo

Fotografía 5: Lúpulo

12

Es un arbusto de origen silvestre de la familia de las cannabáceas, aunque en la

actualidad, se cultiva en grandes cantidades. Posee herbáceos trepadores que se

convierten en tallos leñosos (Castillo J. , 2012).

Es una planta aromática, herbácea y trepadora, perenne en su parte subterránea y anual

en la aérea, originaria de zonas templadas del hemisferio norte (Posse, 1993).

Su nombre científico es Humus lupulus, posee flores diferenciadas, las femeninas, que

tienen forma cónica, y un aroma intenso característico, proporcionan el sabor amargo

y parte del aroma de la cerveza (Hernández, 2003).

El lúpulo es un ingrediente esencial de la cerveza, precipita las proteínas del mosto,

por lo que aclara la cerveza; además, posee propiedades antibióticas que mejoran su

conservación. Entre los más de 150 compuestos químicos identificados en su aceite

esencial, encontramos las isohumulonas (terpenos) que son fotosensibles, por lo que

en contacto con luz blanca o ultravioleta, se descomponen en radicales libres muy

activos que reaccionan con el azufre que contienen las proteínas de la cerveza y

producen unos compuestos de olor desagradable llamados tioles. De ahí que la cerveza

se envase en latas o en botellas de color ámbar que no dejen pasar la luz (Wolke,

2005).

2.6.2.1 Variedades de Lúpulo

Según el contenido de ácidos alfa se clasifican en:

Lúpulo aromático, contiene entre 4 y 8% de ácidos alfa, incluye variedades

como: Spalt, Hallertau, Hersbuck, Cascade y Fugle.

Lúpulo amargo, contiene más de 7% de ácidos alfa, como las variedades

Cluster, Northern Brewer, Brewers Gold, Bullion y Pride of Ringwood (Posse,

1993).

13

2.6.3 Levadura Saccharomyces cerevisiae

Gráfico 1: Levadura (Hough, 2002)

Existe una variedad de cepas distintas de levadura de cerveza, la diferencia

fundamental entre las cepas ale y lager se basa en la capacidad de fermentar el azúcar

melobiosa. Las cepas ale no son capaces, mientras que las lager sí (Bamforth, 2005).

La Saccharomyces cerevisiae es un hongo de una sola célula eucarionte, con un

genoma de cromosomas lineales individuales contenidos en un núcleo y con orgánulos

citoplasmáticos, como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, mitocondrias,

peroxisomas y vacuolas análogas a los lisosomas (Passarge, 2010).

Las levaduras del género Saccharomyces cerevisiae, son los microorganismos

responsables de la producción de las bebidas alcohólicas, ya que fermentan y asimilan

la glucosa, y normalmente la sacarosa, la maltosa y la galactosa. Las cepas de S.

cerevisiae, presentan distintos comportamientos al crecer en medios líquidos: algunas

floculan y otras no. Asimismo, el flóculo, puede irse al fondo del fermentador

(levaduras de floculación baja), o la superficie (levaduras de floculación alta). La

tendencia a flocular puede aparecer al finalizar la fermentación o en sus etapas

tempranas (Hernández, 2003).

Son organismos heterótrofos, por lo tanto requieren de carbono orgánico para obtener

la energía y el carbono para la síntesis de sus componentes celulares. Los azúcares

constituyen el mejor alimento energético para las levaduras. El proceso típico es la

disimilación anaerobia, conocido comúnmente como fermentación alcohólica, el cual

14

da como resultado etanol y dióxido de carbono: (García V. , 2005). El proceso se

resume en la ecuación:

𝐶6 𝐻12𝑂6 𝑧𝑖𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 → 2𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻 + 2𝐶𝑂2

Glucosa etanol + dióxido de carbono

Gráfico 2: Explotación industrial de los microorganismos (Atkinson, 2002)

2.6.3.1 Clasificación Científica

Cuadro 4: C. científica Levaduras

Reino Fungi

División Ascomycota

Clase Hemiascomycetes

Orden Saccharomycetales

Familia Saccharomycetaceae

Género Saccharomyces

Especie S. cerevisiae

(Tortora, Funke, & Case, 2007)

15

2.6.4 El Agua

Es el mayor componente de la cerveza, entre un 85 y un 90%. Debe ser

bacteriológicamente pura (García, Gil, & García, 2004).

El agua se encuentra integrada por sales; los aniones de estas sales son fosfatos,

cloruros, bicarbonatos, carbonatos, silicatos, sulfatos y los cationes son calcio, sodio,

hierro, magnesio y amonio. Su composición tiene mucha influencia en la calidad y el

tipo de cerveza. Según los cerveceros uno de los principales puntos a vigilar es la

concentración de bicarbonatos, ya que al elevarse se incrementa el pH que puede ser

desfavorable para las enzimas (Hernández, 2003).

2.6.5 Sacarosa

Su fórmula química es C12H22O11, es un disacárido, de sabor dulce, soluble en agua y

poco soluble en alcohol.

En soluciones no saturadas se altera por la acción de levaduras y otros

microorganismos (Durán, 2012).

La sacarosa está presente en las melazas extraídas de la caña de azúcar. De la

fermentación de carbohidratos o sacáridos, se obtiene etanol y CO2. Las reacciones

para su formación son:

𝐶12 𝐻22𝑂11 + 𝐻2 𝑂 𝐿𝑒𝑣𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎𝑠

𝐹𝑒𝑟𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4𝐶𝐻3 𝐶𝐻2 𝑂𝐻 + 4𝐶𝑂2

Sacarosa Alcohol etílico

(Acuña, 2006)

2.7 PROCESO ARTESANAL

El sistema de elaboración consta de 9 etapas básicas:

Malteado

Secado

Tostado

Molienda

16

Maceración

Hervido

Enfriamiento

Fermentación

Envasado

2.7.1 Malteado

La maltería es la industria de la primera transformación de la cebada en malta, materia

prima esencial en la elaboración de la cerveza (Zaragoza, Vincent, & Alvarez, 2006).

La preparación de la malta o malteo es básicamente, la germinación inducida de la

cebada para que se formen las enzimas responsables de la hidrólisis de los

carbohidratos (Hernández, 2003).

Durante el malteado se desarrollan en el embrión del grano, los órganos destinados a

convertirse en raíces y hojas (Zaragoza, Vincent, & Alvarez, 2006).

El proceso de malteado consta de:

Remojo: el grano de cebada se remoja hasta que el contenido de humedad se

encuentre entre el 42 y 46%.

Germinación: cuando el grano de cebada absorbe el agua, se modifican las

paredes celulares y se activa la formación de enzimas que empiezan a

descomponer el almidón y la proteína presentes (Hernández, 2003).

17

Gráfico 3: Germinación de la cebada (Cabrera, 2009)

2.7.1.1 Síntesis de Enzimas

Proteasas: Son activadas por la humedad y son las encargadas de descomponer la

proteína almacenada en el grano para sintetizar las amilasas que posteriormente

hidrolizarán el almidón.

Amilasa: La amilasa que será sintetizada con los aminoácidos generados por las

proteasas, descompone el almidón en dextrinas y en maltosa, un azúcar

fermentable de doce carbonos (Castillo C. , 2002).

2.7.2 Secado

Se procede a eliminar el agua de la malta, hasta llegar al 3% de humedad, con el fin de

detener las reacciones químicas, sobre todo las enzimáticas.

Esto se consigue mediante un secado con diferentes patrones de temperatura,

dependiendo de las características que se deseen en la malta, pero normalmente es un

proceso de calentamiento gradual ascendente. Las temperaturas típicas del secado son:

para maltas lager entre 55 y 70 ºC y para maltas ale entre 60 y 95 ºC, aunque maltas

oscuras se hornean a temperaturas entre 105 y 177 ºC, y en casos especiales después

del secado se da un tratamiento de tostado con temperaturas hasta 233 ºC, obteniéndose

así maltas negras o chocolate (Noriega, 2004).

18

Gráfico 4: Pérdida de agua de la malta y su temperatura durante una deshidratación en un tostadero

típico (Hough, 2002)

2.7.2.1 La Malta

La malta es el componente base en la elaboración de cerveza, constituye la clave de su

producción ya que a partir de ella se obtienen los azúcares necesarios para el proceso

de la fermentación.

La malta contribuye con proteínas, almidón y las enzimas proteasas y amilasas,

necesarias para descomponer este almidón en azúcares sencillos, que serán

aprovechados por las levaduras para producir alcohol y gas carbónico CO2.

2(𝐶6𝐻10𝑂5)𝑛 + 𝑛𝐻2𝑂 𝑑𝑖𝑎𝑠𝑡𝑎𝑠𝑎

𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑡𝑎→ 𝑛𝐶12 𝐻22 𝑂11

Almidón Maltosa

𝐶12𝐻22𝑂11 + 𝐻2𝑂 𝑚𝑎𝑙𝑡𝑎𝑠𝑎

𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎→ 2𝐶6𝐻12 𝑂6

Maltosa Glucosa

19

Gráfico 5: Conversión de la maltosa en glucosa (Unizar, 2011)

2.7.3 Tostado

Consiste en someter a la malta a una cierta temperatura (de 180 a 200°C) para

modificar su color y propiedades aromáticas, incrementando gradualmente la

temperatura hasta lograr el color deseado. Esto se produce por la reacción de Maillard

que ocurre entre un azúcar reductor y un amino libre (Hopp, 2005).

Gráfico 6: Reacción de Maillard (Duarte, 2013)

20

2.7.3.1 Malta Tostada

El poder enzimático de la malta tostada es nulo, por lo que se usan con moderación

debido a que no se puede realizar una maceración a partir de ellas.

Las maltas tostadas a diferencia de las maltas sin tostar, imparten color, aromas y

sabores dependiendo del grado de tostado al que haya sido sometida la malta base.

Gráfico 7: Formación de color marrón y nuevos sabores (Klopfer, 2011)

2.7.3.2 Mezcla entre maltas tostadas y sin tostar

La malta es la base de la producción de la cerveza. Puede ser utilizada en un 100% de

la formulación y las maltas tostadas pueden ser utilizadas desde el 5 hasta el 25% del

total de la malta utilizada en la elaboración de cerveza. Se conoce varios tipos de

maltas tostadas, que por su grado de temperatura en el proceso de tostado toman

diferentes nombres como: malta caramelo, chocolate, black, patent, viscuit, victory,

munich, vienna, pale ale, etc. Además aportan diferentes características a la cerveza,

como el sabor y color siendo conocidas como: rubia, dorada, tostada o negra (Cervebel,

2013).

21

2.7.4 Molienda

Este proceso es fundamental para lograr extraer mayor cantidad de materiales. Existen

dos tipos: molienda seca y molienda húmeda (Bamforth, 2005).

2.7.5 Maceración

Es la mezcla de la molienda con agua caliente (55 – 75ºC), consiste en digerir los

componentes de la malta y generar mosto que contenga todos los ingredientes

necesarios para la fermentación deseada. Es el primer paso en la degradación del

almidón (Bamforth, 2005).

2.7.6 Hervido del mosto

En esta etapa se añade el lúpulo. El hervido sirve para esterilizar y concentrar el mosto,

además para eliminar materiales volátiles no deseados (Bamforth, 2005).

Los efectos principales del hervido, además de los anteriores, son: coagulación de

proteínas y taninos, precipitación más intensa del fosfato dicálcico, lo que disminuye

el pH; destilación de los productos volátiles, producción de color por la caramelización

de los azúcares debido a la formación de melaniodina y oxidación de taninos (Hough,

2002).

2.7.7 Enfriamiento

El mosto se enfría para añadir la levadura e iniciar la fermentación. La realización de

esta etapa sin duda acelera la fermentación y, por tanto influencia directamente en el

metabolismo de la levadura (Bamforth, 2005).

2.7.8 Fermentación

La fermentación es un proceso que libera energía a partir de azúcares u otras moléculas

orgánicas, como aminoácidos, ácidos orgánicos, purinas y pirimidinas. No necesita

oxígeno, pero a veces tiene lugar en su presencia. No necesita recurrir al ciclo de Krebs

ni a una cadena transportadora de electrones. Utiliza una molécula orgánica como

aceptor final de electrones. Solo produce pequeñas cantidades de ATP. Los

microorganismos poseen la capacidad de fermentar diversos sustratos; los productos

22

finales dependen del tipo de microorganismo, del tipo de sustrato y del tipo de enzimas

que se encuentren presentes y en estado de activación (Tortora, Funke, & Case, 2007).

2.7.8.1 Fermentación alcohólica

Es una de las etapas principales que transforman el mosto o zumo azucarado, en un

líquido con un determinado contenido de alcohol etílico (Zaragoza, Vincent, &

Alvarez, 2006).

Inicia con la glucólisis de una molécula de glucosa, para formar dos moléculas de ácido

pirúvico y dos moléculas de ATP (Tortora, Funke, & Case, 2007).

Gráfico 8: Fermentación alcohólica (Cartaya, 2013)

Gráfico 9: Curso de una fermentación ale. SG densidad del mosto; t temperatura; fa alcohol; e

ésteres (Hough, 2002)

23

2.7.9 Envasado

En esta etapa se introduce la cerveza en el envase con una pequeña cantidad de azúcar

para que genere el gas y desarrolle plenamente sus sabores antes de ser consumida.

2.8 IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA EN LA FERMENTACIÓN

Según Svante Arrhenius (1858 – 1927) la velocidad de una reacción química se duplica

o triplica por cada 10 ºC de aumento de la temperatura.

Las levaduras son microorganismos mesófilos, su desarrollo y reproducción se adapta

a temperaturas que van desde los 13 a 35°C (Collado, 2001).

Las cervezas Ale generalmente fermentan a mayor temperatura (18 – 23 ºC) que las

lager (6-13 ºC), por lo que obtienen la gravedad específica final más rápidamente,

siendo alcanzada aproximadamente en 2 días, mientras que las lager en 10 días.

(Bamforth, 2005). Una cerveza para ser envasada debe tener una densidad entre 1,010

g/ml y 1,030 g/ml (De la Peña, 2006).

A temperaturas altas:

La actividad de las levaduras y bacterias es elevada.

Aumenta la velocidad de consumo de azúcares y nitrógeno.

El tiempo de fermentación es corto.

Pérdida de alcohol por evaporación.

Iniciación de fermentaciones indeseables.

Parada de fermentación.

A temperaturas bajas:

La actividad de las levaduras es lenta.

Limita el crecimiento de las levaduras.

El tiempo de fermentación aumenta.

Parada de la fermentación.

Mayor producción de alcohol.

Competencia entre microorganismos (Collado, 2001)

24

El objetivo de buscar una temperatura ideal que pueda mantenerse durante todo el

proceso fermentativo es el de regularizar el mismo, debido a que los dos extremos de

temperatura, pueden causar problemas en la fermentación.

Una temperatura adecuada y constante busca las condiciones más aptas para el

desarrollo de levaduras utilizadas para la elaboración de cerveza artesanal tipo Ale, en

el que se desarrolle el porcentaje de alcohol buscado, los compuestos aromáticos y

sabores deseados.

2.9 TIEMPO DE FERMENTACIÓN

El tiempo de fermentación de una cerveza, es un valor relativo que no ha llegado a un

consenso, debido a que son muchos los factores que influyen como:

● Temperatura

Las levaduras son seres vivos mesófilos que necesitan condiciones de

temperatura adecuadas.

● Tipo de cerveza

Para el caso de cerveza tipo Ale los rangos pueden variar aproximadamente

desde los 18 hasta los 23°C.

● Levadura utilizada

La activación de la levadura es un factor muy importante, una activación

deficiente puede retardar la fermentación.

● Cantidad de oxígeno

El mosto debe ser aireado antes de la inoculación y luego debe eliminarse el

suministro de oxígeno para que se produzca etanol y CO2, el suministro

excesivo de oxígeno limita el trabajo de las levaduras.

● Densidad del mosto

Un mosto rico en nutrientes permitirá un desarrollo adecuado de las levaduras

(Mash, 2013).

2.10 IMPORTANCIA DEL pH EN LA CERVEZA

En la industria alimentaria es muy importante evitar la contaminación, y garantizar que

el producto final sea apto para el consumo.

25

La medición del pH se emplea como indicador de calidad en las diferentes etapas del

proceso y en el producto final, como medidor de las condiciones higiénicas. Para que

un producto se pueda aumentar su tiempo de conservación debe tener un pH bajo.

Debido a todo esto, el control del pH, es riguroso, si el producto no cumple las

especificaciones requeridas, debe ser desechado (Udep, 2000).

El control de nivel de pH en la producción de cerveza es muy importante para poder

evitar la activación de agentes patógenos, pero sobre todo para obtener el sabor

característico de cada una, un valor de pH menor a 4.2 produce acidez y un valor mayor

a 4.8 provoca acidez y activación de microorganismos (Quiminet, 2014).

2.11 GRADO ALCOHÓLICO

El grado alcohólico de una bebida es el volumen de alcohol etílico, expresado en cm3,

en grados Gay Lussac o en porcentajes a una temperatura determinada (INEN, 1994).

La cerveza artesanal es una bebida muy versátil, en cuanto a su color, sabor y grado

alcohólico.

Una cerveza puede tener un contenido alcohólico desde el 3 al 12% aproximadamente,

pero también existen cervezas con 1% de alcohol hasta el 41% en los casos más fuertes.

Una de las características de los diferentes tipos de cerveza es su grado alcohólico

como por ejemplo:

● Lager 4 a 5 %

● Pilsner Lager 3 a 6 %

● Wheat (Weissbier) 4 a 5 %

● Porter 4 a 5 %

● Bitter (ESB) 3 a 7 %

● IPA (India Pale Ale) 5 a 7 %

● Stout 5 a 10 %

● Double (Dubbel) 6.5 a 9 %

● Tripel (Trippel, Triple) 7.5 a 9.5 %

● Barleywine 8 a 12 % (Colman, 2011).

26

2.12 CARACTERISTICAS ORGANOLÉPTICAS DE LA CERVEZA

ARTESANAL

Las características organolépticas de una cerveza artesanal varían notablemente con

respecto a las cervezas industriales, debido a las materias primas utilizadas, al proceso

y a su método de gasificación (Aj, 2013).

Los principales puntos tomados en cuenta son: su aspecto, color, aroma, y sabor.

● El aspecto: la cerveza artesanal es ligeramente turbia, debido a que no se filtra

y a la segunda fermentación realizada en el envase; a diferencia de la cerveza

industrial, en donde la turbidez es un signo de un proceso deficiente e incluso

de contaminación.

● El color: el color es variable y depende del estilo y las materias primas,

principalmente de la malta utilizada. Los colores pueden variar desde el

amarillo hasta el negro.

● El aroma: la cerveza presenta un aroma característico dependiendo de su estilo

y materias primas utilizadas.

Se consideran defectos si presenta aromas extraños como fenoles medicinales,

sulfuros, entre otros.

● El sabor: la cerveza artesanal es un producto que tiene una gran variedad de

sabores.

Que pueden ir desde los amargos, frutales, café, chocolate, especias, etc.

Pero también un proceso inadecuado puede producir sabores extraños como:

acetaldehído, astringente, asidrado, diacetilo, a verduras cocidas, pasto,

medicinal, metálico, oxidado, etc. (Palmer, 1999).

2.13 DEGUSTACIÓN

La degustación, es la operación en la que la vista, el olfato y el gusto aprecian las notas

organolépticas y la calidad de la cerveza (Pilla & Vinci, 2012).

Para conocer e identificar las características de cada cerveza, se degustará con el

siguiente procedimiento:

Para cada tipo de cerveza se utilizarán dos vasos, uno para la descripción de atributos

por el sentido de la vista, y otro vaso para la descripción de atributos por el sentido del

27

olfato y gusto, llenando el vaso sin formar espuma evitando la descarbonatación de la

cerveza llenando lentamente el vaso hasta la mitad. Así la cerveza en el vaso es fiel

reflejo de su contenido en la botella (Inaroja & Soriano, 2009).

2.13.1 Apreciación visual

Se debe examinar la cerveza servida en un vaso, para poder distinguir los siguientes

aspectos:

La presencia de levaduras, permite clasificar a la cerveza como clara o turbia

debido a la segunda fermentación en botella (Pilla & Vinci, 2012).

El color de la cerveza puede ser: Blanco, amarillo, dorado, rojizo, caramelo,

negro (Inaroja & Soriano, 2009).

2.13.2 Apreciación olfativa

Se debe examinar la cerveza servida en un vaso, para poder distinguir los aromas,

existen 40 aromas reconocidos en la cerveza, los cuales se pueden agrupar en: (Pilla

& Vinci, 2012).

Aroma a malta, se presenta como aroma a pan, cuando se utiliza 100% malta o

con trigo en su composición.

Aroma a caramelo o chocolate se presenta cuando en su formulación se empleó

malta tostada o negra.

Aroma a lúpulo, predominan aromas cítricos, herbáceos, florales o resinosos.

Aroma a ésteres, son aromas frutales con predominio de manzana y plátano

(Inaroja & Soriano, 2009).

2.13.3 Apreciación del sabor

En la cerveza se pueden distinguir dos sabores característicos, el dulce y el amargo, su

nivel depende de la cantidad y calidad de lúpulo utilizado.

Dulce, cuando la sensación de amargor está ausente.

Amargo, cuando es predominante (Pilla & Vinci, 2012).

28

Se dice que una cerveza está balanceada cuando se produce una sinergia agradable

entre las sensaciones que se perciben por el aroma y el gusto en su paso de boca, sin

predominio de ninguno de sus componentes (Inaroja & Soriano, 2009).

2.14 DEFECTOS DE LA CERVEZA

Pueden ser causados por la acción de microorganismos, por daños físicos o químicos

(Hernández, 2003).

2.14.1 Acción de los Microorganismos

El riesgo de contaminación de la cerveza por microorganismos es mínimo, debido al

contenido de alcohol, al pH bajo y a los ácidos del lúpulo. Sin embargo se pueden

presentar: levaduras silvestres, bacterias lácticas, bacterias acéticas y poco frecuente

bacterias del género pseudomonas, bacillus y clostridium. Esto se evita con estrictas

medidas higiénicas durante todo el proceso (Noriega, 2004).

Su presencia ocasiona la formación de aromas y sabores desagradables, disminuyen

el crecimiento y rendimiento de las levaduras y aumentan la viscosidad (Hough,

2002).

2.14.2 Daños Físicos

El problema físico que puede tener la cerveza es la turbidez, que se presenta por la

precipitación de proteínas y dextrinas. Este defecto se convierte en un problema de

imagen, ya que el consumidor lo asocia con contaminación microbiana, para evitarlo

las cervecerías industriales filtran el producto varias veces (Hernández, 2003).

2.14.3 Daños Químicos

La cerveza es susceptible a la oxidación, lo que da origen a sabores desagradables en

el producto. Para evitar esto las industrias añaden agentes antioxidantes y

envasan la cerveza en botellas de color verde o ámbar (Hernández, 2003).

29

2.15 BIORREACTOR

Son recipientes de reacción, en los que se crean técnicamente las condiciones óptimas

para el cultivo y la multiplicación de microorganismos, lo que permite la obtención de

su biomasa o de los productos de su metabolismo (Hopp, 2005).

2.15.1 Tipos de Birreactores

El tipo de biorreactor depende del tipo de funcionamiento que va a tener, continuo o

discontinuo; y de la clase de cultivo a utilizar aerobio o anaerobio (Hopp, 2005).

Continuo: se emplea cuando la reacción es heterogénea, es decir, se produce

en dos o más fases.

Discontinuo: es un recipiente en el que están contenidas las sustancias mientras

reaccionan. Es el dispositivo preferido para reacciones homogéneas o en una

sola fase (Levenspiel, 2005).

En los dos procesos se puede utilizar: tanques con agitación, tanques con agitación

por burbujeo y de disco rotatorio (Hopp, 2005).

2.15.1.1 Biorreactor con agitación

Son tanques construidos en acero inoxidable o vidrio, poseen un motor para la

agitación del caldo de fermentación (Hernández, 2003).

Gráfico 10: Biorreactor con agitación (Oña & Serrano, 2014)

30

2.15.1.2 Biorreactor con agitación por burbujeo

La agitación la lleva a cabo el aire, que es suministrado por la parte inferior del tanque

(Hernández, 2003).

Gráfico 11: Biorreactor con agitación por burbujeo (Hernández, 2003)

2.15.1.3 Biorreactor de disco rotatorio

Consta de un cilindro y de un recipiente rectangular que contiene el medio de cultivo.

Este tipo de biorreactor se usa principalmente para el tratamiento de aguas residuales

(Hernández, 2003).

Gráfico 12: Biorreactor de disco rotatorio (Hernández, 2003)

31

Eficiencia General del Equipo = Disponibilidad x Eficiencia x Calidad

2.15.2 Eficiencia del Biorreactor

La Eficiencia general de los equipos (Overall Equipment Effectiveness) es una razón

porcentual que sirve para medir la eficiencia productiva de la maquinaria industrial.

La ventaja de este método, es que mide en un único indicador, todos los parámetros

fundamentales en la producción industrial: la disponibilidad, la eficiencia y la calidad.

Hoy en día se ha convertido en un estándar internacional reconocido por las principales

industrias alrededor del mundo (Cruelles A. , 2012).

Disponibilidad = (Tiempo de Operación/ Tiempo de Operación Total) X100

TO = tiempo de operación

TOT = tiempo total de trabajo – tiempo de paradas planificadas

Eficiencia = tiempo de ciclo ideal / (tiempo de operación x Nº de unidades)

Tiempo de ciclo ideal = 1/capacidad nominal

Calidad = Nº de unidades conformes/Nº unidades totales

Según el valor obtenido este método clasifica el equipo en:

< 65% Inaceptable, muy baja competitividad

de 65% a 75% Regular, baja competitividad

de 75% a 85% Aceptable, competitividad ligeramente baja

de 85% a 95% Buena, buena competitividad

>95% Excelencia, excelente competitividad (Cruelles A. , 2012).

2.15.2.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor

Para la determinación de la eficiencia del sistema eléctrico, se toma en cuenta los

valores de las resistencias, su temperatura, y el valor de temperatura alcanzada por el

mosto. Esto se basa en la ley de ohm y en el efecto Joule.

E = 𝑇1−𝑇2

𝑇1 𝑥 100

T1 = temperatura de las resistencias eléctricas

32

T2 = temperatura del mosto

Grafico 13: Sistema de codificación de resistencias eléctricas (Gonzalez, 2012)

Ley de Ohm.- Para un gran número de conductores (principalmente metales),

el valor de la resistencia permanece constante y no depende de la tensión

aplicada al conductor (Aguilar, 2000).

Efecto Joule.- Toda corriente eléctrica que

atraviesa una resistencia original en ella, sufre

un desprendimiento de calor directamente

proporcional a la resistencia e intensidad al cuadrado (Sarmiento, 2004).

33

CAPITULO III

MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 MATERIALES

3.1.1 Materias Primas:

Cebada

Lúpulo

Agua

Levadura

Azúcar

3.1.2 Equipos:

Biorreactor de 50 litros de capacidad, construido en acero inoxidable, con

control de temperatura, control de presión, con un motor reductor para

agitación, una trampa de aire, posee un sistema eléctrico para mantener la

temperatura constante por largos períodos de tiempo. En su interior están

ubicados cuatro deflectores y tres grupos de aspas.

34

Gráfico 14: Biorreactor utilizado en la experimentación

35

Balanza

Cocina a gas

Tanque de gas

Contenedores

Botellas

Tapas

Bomba para envasado

Implementos de cocina

3.1.3 Laboratorio:

pHmetro

Alcoholímetro

Termómetro

Densímetro

Probetas

Vasos de precipitación

3.2 MÉTODOS

3.2.1 Caracterización del área de estudio

Provincia: Carchi

Cantón : Tulcán

Parroquia: Tulcán

Sector: Sur

Altitud: 2900 m.s.n.m

Clima: Ecuatorial Frío de Alta Montaña

Temperatura promedio: 10-12°C

Fuente: (Siagro-Infoplan, 2014)

36

3.3 FACTORES EN ESTUDIO

Factor A – PORCENTAJE DE MALTA TOSTADA ADICIONADO

A1 5%

A2 10%

A3 15%

Factor B – TEMPERATURA DE FERMENTACIÓN

B1 15°C

B2 20°C

B3 25°C

3.3.1 Tratamientos.

De la interacción de los factores A y B se obtuvo nueve tratamientos, los mismos que

fueron utilizados para evaluar la influencia de la temperatura en el tiempo de

fermentación, el pH, grado alcohólico, aspecto, color, olor , sabor y preferencia de la

cerveza.

Cuadro 5: Tratamientos para la elaboración de cerveza artesanal tipo ale oscura utilizando un

biorreactor de nivel piloto.

TRATAMIENTOS FACTOR A

Malta tostada FACTOR B

Temperatura de fermentación CODIFICACIÓN

T1 A1 B1 A1B1

T2 A1 B2 A1B2

T3 A1 B3 A1B3

T4 A2 B1 A2B1

T5 A2 B2 A2B2

T6 A2 B3 A2B3

T7 A3 B1 A3B1

T8 A3 B2 A3B2

T9 A3 B3 A3B3

37

3.3.2 Diseño experimental

Se empleó un Diseño Completamente al Azar, con arreglo factorial 32

(AxB), correspondiente a la combinación de dos factores con tres niveles cada

uno y con tres repeticiones, además, se realizó la prueba de Tukey al 5% para

tratamientos, la prueba Diferencia Mínima Significativa para factores, para la

evaluación del aspecto, color, olor y sabor la prueba Analítica Discriminativa de

Ordenamiento y para la preferencia la prueba de Friedman.

3.3.3 Características del experimento

Se realizó un Análisis de Varianza con las siguientes características:

o Tratamientos = 9

o Repeticiones = 3

o Unidades experimentales = 27

o Cada unidad experimental es de 20 litros de mosto.

3.3.4 Análisis de Varianza

Se realizó un análisis de varianza para determinar la influencia de la

temperatura en el tiempo de fermentación, el pH y el grado alcohólico.

Cuadro 6: Análisis de Varianza de la elaboración de cerveza artesanal tipo ale oscura

utilizando un biorreactor de nivel piloto.

Fuentes de Variación Grados de Libertad

Total 26

Tratamientos 8

Factor A cantidad de malta tostada 2

Factor B temperatura de fermentación 2

Interacción A x B 4

E. Experimental 18

38

Agua

1 día

3 días

2 horas

60 minutos

3.4 MANEJO ESPECÍFICO DEL EXPERIMENTO

El experimento se realizó de la siguiente manera.

3.4.1 Diagrama de Bloques para la Elaboración de Cerveza tipo Ale oscura

utilizando un Biorreactor de nivel piloto.

4

5

6

7

8

Malteado

Hervido

Enfriamiento

Secado Tostado

Malta Tostada

Lúpulo

Agua

Maceración

CEBADA (HORDEUM VULGARE)

Molienda

Filtración

Lavado Agua

180°C

5%

10%

15%

72°C

72°C

15°C, 20°C o 25°C, según

el tratamiento

Selección

Recepción

Pesado

1

39

Levadura liofilizada

Saccharomyces cerevisiae

2 días

9

Inoculación

Fermentación

Maduración

Embotellado

Etiquetado

Azúcar

Cerveza tipo ale oscura

4°C

15°C, 20°C o 25°C, según

el tratamiento

1

40

3.4.2 Diagrama de Flujo del Proceso de Elaboración de Cerveza Artesanal Tipo

Ale Oscura

RECEPCIÓN


SELECCIÓN

PESADO

MALTEADO

MOLIENDA TOSTADO

MACERACIÓN

1

LAVADO

41

FILTRACIÓN

HERVIDO

ENFRIAMIENTO

INOCULACIÓN

FERMENTACIÓN

MADURACIÓN

ENVASADO

1

ETIQUETADO

ALMACENAJE

42

3.4.3 Descripción del Proceso

3.4.3.1 Recepción

La cebada se adquirió en una bodega de la localidad, sus características físico –

químicas se describen en el Anexo 10. El lúpulo y la levadura en la Sociedad

Ecuatoriana de Cerveceros Artesanales (Quito), cuyas hojas técnicas se encuentran en

los Anexos 12 y 13.

Fotografía 6: Materias Primas

3.4.3.2 Selección

Se eliminaron los objetos extraños presentes en la cebada.

Fotografía 7: Selección

Cebada Agua

Lúpulo Levadura

43

3.4.3.3 Pesado

Para obtener 20 litros de cerveza se pesan 5,05 kg de cebada.

Fotografía 8: Pesado

3.4.3.4 Malteado

Para la formación de enzimas que hidrolizarán los carbohidratos presentes, se remojan

sus granos durante un día, luego se escurre el agua y se extienden los granos, se debe

procurar mantenerlos húmedos para que germinen. El proceso de germinación dura

dos días aproximadamente, tiempo en el que la radícula sobrepasa el tamaño del grano.

Fotografía 9: Remojo Fotografía 10: Germinación

44

Fotografía 11: Cebada germinada

3.4.3.5 Secado

Para detener las reacciones enzimáticas, se retira el exceso de humedad mediante un

secado al ambiente. Este proceso tarda un día.

Fotografía 12: Malta

3.4.3.6 Tostado

Para otorgar aromas y diferentes tonalidades a la cerveza, se somete según el

tratamiento, a una cierta cantidad de malta a una temperatura de 180°C, por 10 minutos

aproximadamente, hasta lograr el color deseado.

45

Es necesario dejar la malta tostada en reposo por aproximadamente dos semanas para

que sabores y aromas indeseables sean eliminados. Las características físico químicas

de las malta tostada se encuentran en el Anexo 10.

Fotografía 13: Tostado

3.4.3.7 Molienda

Utilizando un molino de granos, se muele la malta tostada y sin tostar, evitando

producir harina.

Fotografía 14: Molienda

46

3.4.3.8 Maceración

Para que se digieran los componentes de la malta, se la mezcla con 12 litros de agua a

72ºC, en un recipiente tapado durante 90 minutos.

Fotografía 15: Maceración

3.4.3.9 Lavado

Se añade a la mezcla anterior agua a 72ºC para lavar el grano, recirculando el mosto.

Estas operaciones se repiten hasta llegar a una densidad del mosto de 1,030 g/ml.

Fotografía 16: Lavado

47

3.4.3.10 Filtración

Se separa el líquido de la malta, por medio de un colador.

Fotografía 17: Filtración

3.4.3.11 Hervido del mosto

Para esterilizar y concentrar el mosto se lo hierve por 60 minutos y al inicio de éste se

agregan 11g de lúpulo, que darán el amargor a la cerveza. En el minuto 55 se añaden

tres gramos de lúpulo que le otorgarán el aroma.

Fotografía 18: Hervido

48

3.4.3.12 Enfriamiento

Se vacía el mosto en el biorreactor, se hace recircular agua por la doble camisa del

mismo y se enciende el motor del agitador. De esta manera se enfría el mosto hasta

llegar a la temperatura requerida para la inoculación de la levadura, 15, 20 o 25ºC,

según el tratamiento.

Fotografía 19: Enfriamiento

3.4.3.13 Inoculación

Es necesario activar la levadura, para esto en 100 ml de agua hervida y enfriada a una

temperatura de 15, 20 o 25ºC, según el tratamiento, se añaden 11 g de levadura

Saccharomyces cerevisiae, y se deja reposar por 15 minutos. Luego se añaden al mosto

en el fermentador, se agita por cinco minutos y se tapa herméticamente.

Fotografía 20: Levadura activada Fotografía 21: Inoculación

49

3.4.3.14 Fermentación

En este proceso biológico en ausencia de oxígeno, en el que se transforma el mosto en

un líquido con alcohol y CO2, se mantiene la temperatura constante de 15, 20 o 25ºC,

según el tratamiento. Se toma una muestra a las 12 horas, para verificar la densidad, el

proceso termina cuando la densidad del producto llega a 1,020 g/ml.

Fotografía 22: Fermentación

3.4.3.15 Maduración

Transcurrido el tiempo de fermentación se hace el trasvase de la cerveza a un recipiente

para su maduración durante dos días, tiempo durante el cual permanecerá en

refrigeración. La densidad de la cerveza debe ser de 1,020 g/ml y el pH debe estar

entre 3,5 y 5,0.

50

Fotografía 23: Maduración

3.4.3.16 Envasado y Etiquetado

Se realiza una limpieza profunda de los envases. Luego se disuelven en 500 ml de agua

hervida, el azúcar necesario para la segunda fermentación, esto es seis gramos de

azúcar por litro de cerveza. Después se distribuye la solución en partes iguales en cada

botella. Y se procede al llenado, tapado y etiquetado de las mismas. Al tratarse de una

cerveza sin pasteurizar y sin conservantes, características propias de las cervezas

artesanales, debe permanecer en refrigeración hasta su consumo.

Fotografía 24: Envasado

51

Fotografía 25: Etiquetado

3.5 DETERMINACIÓN DE VARIABLES

3.5.1 Variables Cuantitativas

Cuadro 7: Variables cuantitativas evaluadas.

VARIABLES NORMA

Influencia de la temperatura

en el tiempo de fermentación

pH NTE INEN 2325

Grado alcohólico NTE INEN 2322

3.5.1.1 Descripción del método de evaluación:

o Influencia de la temperatura en el tiempo de Fermentación, se tomó el tiempo

en horas con un reloj digital; durante la fermentación, manteniendo una

temperatura constante de 15, 20 o 25°C, según el tratamiento, hasta llegar a la

densidad de la cerveza de 1,020 g/ml.

o pH: determinación del pH del producto al final, para establecer parámetros de

calidad utilizando un pHmetro de precisión ± 0,1 ±1 dígito, con un rango de

medida de 0 – 14 pH, autocalibración en 1 punto; en cada tratamiento, según

NTE INEN 2325.

o Grado alcohólico: determinación del grado alcohólico con un alcoholímetro,

con un rango de medición de 0 a 100% y resolución del 1%. Las mediciones

se hicieron al final del proceso en cada tratamiento, según NTE INEN 2322.

52

3.5.2 Variables Cualitativas

Cuadro 8: Variables Cualitativas Evaluadas.

VARIABLES NORMA

Color

Prueba de ordenamiento

Tabla SRM

NTE INEN 350

Olor Prueba de ordenamiento

NTE INEN 350

Sabor Prueba de ordenamiento

NTE INEN 350

Aspecto Prueba de ordenamiento

NTE INEN 350

Porcentaje de malta óptimo entre

malta tostada y sin tostar

Prueba de Friedman

NTE INEN 350

3.5.2.1 Descripción del Método de Evaluación

Determinación de las variables cualitativas con degustación a 15 personas, en

tres turnos de cinco personas cada uno. En cada turno hubo tres fases, la

primera con cinco muestras, la segunda con cuatro muestras y la tercera con la

muestra preferida de cada fase anterior, para determinar el mejor tratamiento.

El color, olor, sabor y aspecto, se determinaron mediante la prueba analítica

discriminativa de ordenamiento, en la que se asignó un valor a cada punto de

la escala de ordenación, se obtiene los rangos y se comparan los valores con la

tabla de Kramer al 5%, además el color se comparó con la Tabla Beer Color

Chart (SRM), que se encuentra en el Anexo 7.

El porcentaje de malta óptimo entre malta tostada y sin tostar, se obtuvo

mediante la determinación de la preferencia, con la aplicación de la prueba no

paramétrica de Friedman, además se realizó un estudio de caso por medio de

una encuesta de consumo formulada a 30 personas, los resultados se presentan

en el Anexo 3.

53

𝑥2 =12

𝑏. 𝑡(𝑡 + 1)Σ𝑅2 − 3𝑏(𝑡 + 1)

Donde:

R: rangos

t: tratamientos

b: degustadores

3.5.3 Variables Microbiológicas

Cuadro 9: Variables microbiológicas evaluadas

VARIABLES MÉTODO

Conteo de mohos y levaduras AOAC 997.02

Recuento en placa AOAC 989.10

3.5.3.1 Descripción del Método de Evaluación de las variables microbiológicas

o Microbiológicas, al final del proceso, al mejor tratamiento; Conteo de mohos

y levaduras, utilizando el método de ensayo de la Asociación de las

Comunidades Analíticas AOAC 997.02 y Recuento en placa, utilizando el

método de ensayo de la Asociación de las Comunidades Analíticas AOAC

989.10. Realizadas por el Laboratorio de Análisis Físicos, Químicos y

Microbiológicos de la Facultad de Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y

Ambientales, de la Universidad Técnica del Norte.

3.5.4 Rendimiento

o Se determinó el rendimiento en litros al término del proceso, mediante balance

de materiales, al mejor tratamiento.

3.5.5 Costos de Producción

Se determinó el costo de producción del mejor tratamiento de cerveza artesanal tipo

ale oscura, en una presentación de 160 ml.

54


Cuadro 10: Costos de producción para la obtención de 160 ml de cerveza artesanal tipo ale oscura utilizando un biorreactor de nivel piloto.

DESCRIPCIÓN CANTIDAD

Agua 180 ml

Cebada 40 g

Lúpulo 0,11 g

Levadura 0,09 g

Azúcar 0,96 g

Envases de 160 ml 1 botella

Mano de obra

Electricidad 20,5 horas

3.5.6 Eficiencia del Biorreactor

La eficiencia del biorreactor se la determinó mediante la fórmula:

Disponibilidad = (Tiempo de Operación/ Tiempo de Operación Total) X100

TO = tiempo de operación

TOT = tiempo total de trabajo – tiempo de paradas planificadas

Eficiencia = tiempo de ciclo ideal / (tiempo de operación x Nº de unidades)

Tiempo de ciclo ideal = 1/capacidad nominal

Calidad = Nº de unidades conformes/Nº unidades totales

3.5.6.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor

Se la determinó mediante la fórmula:

E = 𝑇1−𝑇2

𝑇1 𝑥 100

T1 = temperatura de las resistencias eléctricas

T2 = temperatura del mosto

55

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS VARIABLES CUANTITATIVAS

4.1.1 Análisis de la influencia de la temperatura en el tiempo de fermentación

El tiempo de fermentación fue registrado en horas y representa la duración de la

fermentación hasta llegar a la densidad de la cerveza de 1,020 g/ml.

Cuadro 11: Datos del Tiempo de Fermentación

TRAT REPETICIONES

∑T MEDIA I II III

A1B1 23,3 23,5 23,3 70,1 23,4

A1B2 23 22,4 22,4 67,8 22,6

A1B3 22,5 22,5 22,2 67,2 22,4

A2B1 23,3 23,4 23,2 69,9 23,3

A2B2 22,5 22,2 22,5 67,2 22,4

A2B3 21,4 21,5 21,5 64,4 21,5

A3B1 23 22,45 22,45 67,9 22,6

A3B2 21,1 21,5 21,4 64 21,3

A3B3 20,5 20,4 20,5 61,4 20,5

∑rep 200,6 199,85 199,45 599,9 22,2

Cuadro 12: Resumen del Análisis de Varianza (ADEVA) de los tratamientos para la variable Tiempo

de Fermentación

F de V Gl SC CM FC 0.05 0.01

Total 26 22,58 -

Tratamientos 8 21,87 2,73 69,46** 3,44 6,03

FA 2 8,13 4,06 103,27** 4,46 8,65

FB 2 12,49 6,24 158,69** 4,46 8,65

A x B 4 1,25 0,31 7,94** 3,84 7,01

Error experimental 18 0,71 0,04

CV: 0,89%

NS: No significativo ni al 1% ni al 5% de error para la prueba Fisher.

56

*: Significativo al 5% de error para la prueba Fisher.

**: Significativo al 1% de error para la prueba Fisher.

De acuerdo al cuadro, el Análisis de Varianza muestra que existe diferencia

significativa entre los tratamientos con un error del 1%. La cantidad de malta tostada

y la temperatura de fermentación, influyeron sobre esta variable con un error del 1%.

La interacción de los dos factores influyó sobre el tiempo de fermentación con un error

del 1%. Por lo que se efectuó la prueba de Tukey para tratamientos y Diferencia

mínima significativa para factores.

Cuadro 13: Prueba de TUKEY al 5% para el Tiempo de Fermentación

Tratamientos Medias Rangos

T1 23,4 a

T4 23,3 b

T2 22,6 c

T7 22,6 c

T3 22,4 d

T5 22,4 d

T6 21,5 e

T8 21,3 f

T9 20,5 g

El tiempo de fermentación difiere estadísticamente al 5% entre los tratamientos,

debido a la variación de temperatura de fermentación y a la cantidad de malta tostada

que contienen. Entre T2 y T7 y entre T3 y T5 no existe diferencia estadística. El mejor

tratamiento es T9 porque llega a la densidad requerida en menor tiempo, debido a que

a mayor temperatura las levaduras actúan con mayor rapidez.

Cuadro 14: Prueba de significación Diferencia mínima significativa para el factor A cantidad de

malta tostada

Factores Medias Rangos

A1 68,37 a

A2 67,17 b

A3 64,43 c

Los rangos son diferentes para cada factor (cantidad de malta tostada), lo que indica

que existe diferencia estadística entre ellos.

57

Cuadro 15: Prueba de significación Diferencia mínima significativa para el factor B temperatura de

fermentación Factores Medias Rangos

B1 69,30 a

B2 66,33 b

B3 64,33 c

Los rangos son diferentes para cada factor (temperatura de fermentación), lo que

indica que existe diferencia estadística entre ellos.

Gráfico 15: Representación de la Interacción A x B

Mediante el gráfico se observa que entre el nivel A3 (15% de malta tostada) y el nivel

B3 (25°C) se logra el menor tiempo de fermentación.

Gráfico 16: Representación del Tiempo de Fermentación

64

65

66

67

68

69

70

64

65

66

67

68

69

70

TIEM

PO

DE

FER

MEN

TAC

IÓN

Malta tostada

Temperatura defermentación

19

20

21

22

23

24

T1 T4 T2 T7 T3 T5 T6 T8 T9

23,4 23,3

22,6 22,6 22,4 22,4

21,5 21,3

20,5HO

RA

S

TRATAMIENTOS

58

Mediante el gráfico se observa que el T9 es el mejor tratamiento, ya que tarda menos

tiempo en fermentarse debido a que a mayor temperatura las levaduras actúan con

mayor rapidez.

Gráfico 17: Representación de la densidad vs el tiempo del mejor tratamiento (T8)

Mediante el gráfico se observa que la densidad es inversamente proporcional al

tiempo.

Gráfico 18: Representación de la dinámica de crecimiento de la levadura Sacharomyces cerevisiae

del mejor tratamiento

Mediante el gráfico se observa que el punto máximo de crecimiento de las levaduras

es a las diez horas de iniciada la fermentación. Para el desarrollo de esta curva se

y = -0,0022x + 1,0695R² = 0,9547

1,01

1,02

1,03

1,04

1,05

1,06

1,07

1,08

0 5 10 15 20 25

DE

NSI

DA

D

TIEMPO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 5 10 15 20 25

UFC

/ml

TIEMPO

59

utilizó el método turbidimétrico, con la escala de McFarland, detallado en el Anexo

14.

4.1.2 Análisis del pH

Se midió el pH del producto al final, para establecer parámetros de calidad utilizando

un pHmetro, en cada tratamiento, según NTE INEN 2325.

Cuadro 16: Datos del pH

TRAT REPETICIONES

∑T MEDIA I II III

A1B1 4,7 4,7 4,6 14,0 4,7

A1B2 4,7 4,4 4,6 13,7 4,6

A1B3 4,7 4,5 4,6 13,8 4,6

A2B1 4,6 4,6 4,5 13,7 4,6

A2B2 4,5 4,4 4,5 13,4 4,5

A2B3 4,6 4,6 4,6 13,8 4,6

A3B1 4,5 4,5 4,6 13,6 4,5

A3B2 4,5 4,4 4,7 13,6 4,5

A3B3 4,6 4,4 4,6 13,6 4,5

∑rep 41,4 40,5 41,3 123,2 4,6

Cuadro 17: Resumen del Análisis de Varianza (ADEVA) de los tratamientos para la variable pH

F de V gl SC CM FC 0.05 0.01

Total 26 0,24 -

Tratamientos 8 0,08 0,01 1,03 NS 3,44 6,03

FA 2 0,03 0,02 1,72 NS 4,46 8,65

FB 2 0,02 0,01 1,24 NS 4,46 8,65

A x B 4 0,02 0,01 0,58 NS 3,84 7,01


CV: 2,11%




60

Como se observa en el cuadro, el Análisis de varianza muestra que no existe diferencia

significativa entre los tratamientos. Se analizó la influencia de los factores A (cantidad

de malta tostada), y B (temperatura de fermentación), así como la interacción AxB,

sobre esta variable dando como resultado que ninguna de las anteriores influyó

significativamente sobre el pH.

Gráfico 19: Representación del pH obtenido en los tratamientos

En el gráfico, se observa que los mejores tratamientos son T5, T7, T8, T9, ya que

presentan valores de pH más bajos, lo que contribuye a su conservación.

Gráfico 20: Representación del pH vs el tiempo del mejor tratamiento (T8)

4,4

4,45

4,5

4,55

4,6

4,65

4,7

T1 T2 T3 T4 T6 T5 T7 T8 T9

4,7

4,6 4,6 4,6 4,6

4,5 4,5 4,5 4,5

ME

DIA

S

TRATAMIENTOS

y = -0,1122x + 7,009R² = 0,9883

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25

PH

TIEMPO (HORAS)

61

Mediante el gráfico se observa que el pH disminuye durante el tiempo de fermentación.

4.1.3 Análisis del Grado Alcohólico

El grado alcohólico se obtuvo mediante un alcoholímetro al final del proceso, según

NTE INEN 2322.

Cuadro 18: Datos del Grado Alcohólico

TRAT REPETICIONES ∑T MEDIA

I II III

A1B1 7,0 6,0 7,0 20,0 6,7

A1B2 6,0 7,0 7,0 20,0 6,7

A1B3 7,0 7,0 7,0 21,0 7,0

A2B1 7,0 5,0 6,0 18,0 6,0

A2B2 6,0 6,0 5,0 17,0 5,7

A2B3 6,0 6,0 7,0 19,0 6,3

A3B1 5,0 6,0 6,0 17,0 5,7

A3B2 6,0 5,0 6,0 17,0 5,7

A3B3 6,0 6,0 6,0 18,0 6,0

∑rep 56 54 57 167 6,2

Cuadro 19: Análisis de Varianza del Grado Alcohólico

F de V gl SC CM FC 0.05 0.01

Total 26 12,07 -

Tratamientos 8 6,07 0,76 2,28 NS 3,44 6,03

FA 2 4,96 2,48 7,44* 4,46 8,65

FB 2 0,96 0,48 1,44 NS 4,46 8,65

A x B 4 0,15 0,04 0,11 NS 3,84 7,01


CV: 9.33%




Como se observa en el cuadro, el Análisis de varianza muestra que no existe diferencia

significativa entre los tratamientos. Se analizó la influencia del factor A (cantidad de

malta tostada) dando como resultado que influyó con un error del 1%, tanto el factor

62

B (temperatura de fermentación), así como la interacción AxB, sobre esta variable no

influyeron significativamente sobre el grado alcohólico.

Cuadro20: Prueba de significación Diferencia mínima significativa para el factor A cantidad de

malta tostada

Factores Medias Rangos

A1 20,33 a

A2 18,00 b

A3 17,33 c

Los rangos son diferentes para cada factor (cantidad de malta tostada), lo que indica

que existe diferencia estadística entre ellos.

Gráfico 21: Representación del Grado Alcohólico

Mediante el gráfico se observa que el T3 tiene mayor grado de alcohol, debido a que

tiene menor cantidad de malta tostada, es decir posee más azúcares fermentables y la

temperatura de fermentación es más alta.

Gráfico 22: Representación del Grado alcohólico vs el tiempo del mejor tratamiento

Mediante el gráfico se observa que grado alcohólico es directamente proporcional al

tiempo.

0

1

2

3

4

5

6

7

T3 T1 T2 T6 T4 T9 T5 T7 T8

7 6,7 6,76,3 6 6 5,7 5,7 5,7

% V

. ALC

OH

OL

TRATAMIENTOS

y = 0,2852x + 0,187R² = 0,9697

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

% A

LCO

HO

L

TIEMPO

63

4.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS VARIABLES CUALITATIVAS

Para el análisis estadístico de las variables cualitativas, aspecto, color, olor, sabor y

porcentaje óptimo de malta tostada y sin tostar, determinado por la preferencia, se

realizó una degustación en dos fases para las cuatro primeras variables y en tres fases

para la quinta variable.

4.2.1 Análisis del Aspecto

Cuadro 21: Datos Aspecto Fase 1

TRATAMIENTOS

DEGUSTADORES T1 T2 T3 T4 T5

1 2 2 2 2 1

2 2 2 2 2 1

3 2 2 2 2 1

4 2 2 1 1 1

5 2 2 1 1 1

6 2 2 1 1 1

7 2 2 1 1 1

8 2 2 1 1 1

9 2 2 2 2 2

10 2 2 2 2 2

11 2 2 2 2 1

12 1 1 1 1 1

13 2 2 2 1 2

14 2 1 1 1 2

15 2 1 1 1 1

TOTAL 31 27 22 21 19

Valor tabular al 5% = 32-58

La apariencia difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia

de levaduras.

64

Gráfico 23: Aspecto Fase 1

En el gráfico se observa que T5 es el tratamiento de apariencia más clara.

Cuadro 22: Datos Aspecto Fase 2

TRATAMIENTOS

DEGUSTADORES T6 T7 T8 T9

1 2 2 2 2

2 1 1 1 1

3 1 2 1 2

4 2 1 1 1

5 2 1 1 1

6 2 2 1 1

7 1 2 1 1

8 2 2 1 1

9 1 2 1 2

10 2 2 2 2

11 1 1 1 1

12 1 1 1 1

13 1 1 1 1

14 1 1 1 1

15 1 1 2 1

TOTAL 21 22 18 19


La apariencia difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia

de levaduras.

0

5

10

15

20

25

30

35

T1 T2 T3 T4 T5

31

27

22 21

1,9

MED

IAS

TRATAMIENTOS

65

Gráfico 24: Aspecto Fase 2

Mediante el gráfico se observa que T8 y T9 son los tratamientos de aspecto más claro.

4.2.2 Análisis del Color

Cuadro 23: Datos Color Fase 1

TRATAMIENTOS


1 1 3 4 4 2

2 3 1 1 4 5

3 3 2 1 4 5

4 2 1 1 5 3

5 3 1 2 4 4

6 3 1 2 3 5

7 4 1 1 2 3

8 2 3 1 4 5

9 2 5 3 4 1

10 2 1 3 4 4

11 1 2 3 4 5

12 1 2 1 4 5

13 1 2 2 4 5

14 1 1 3 4 5

15 1 2 3 5 4

TOTAL 30 28 31 59 61


El color difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia de

malta tostada.

0

5

10

15

20

25

T6 T7 T8 T9

21 22

18 19

MED

IAS

TRATAMIENTOS

66

Gráfico 25: Color Fase 1

Mediante el gráfico se observa que T4 es el tratamiento más oscuro de la fase 1, porque

posee mayor cantidad de malta tostada.

Cuadro 24: Datos Color Fase 2

TRATAMIENTOS


1 1 3 3 3

2 4 4 4 2

3 1 4 3 4

4 1 4 3 4

5 1 3 2 4

6 2 4 3 4

7 3 1 4 4

8 2 3 4 4

9 1 4 3 4

10 1 3 3 4

11 1 3 4 4

12 1 2 3 4

13 1 2 4 4

14 1 4 3 4

15 1 4 3 4

TOTAL 22 48 49 57


El color difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia de

malta tostada.

0

50

100

150

200

250

300

350

T1 T2 T3 T4 T5

224

290252

310280

MED

IAS

TRATAMIENTOS

67

Gráfico 26: Color Fase 2

Mediante el gráfico se observa que T9 es el tratamiento más oscuro de la fase 2, debido

a que contiene mayor cantidad de malta tostada.

4.2.3 Análisis del Olor

Cuadro 25: Datos Olor Fase 1

TRATAMIENTOS


1 1 3 4 4 2

2 4 2 1 4 1

3 4 2 4 4 5

4 4 3 5 1 5

5 2 3 2 4

6 5 4 5 2 1

7 2 3 1 5 4

8 4 2 1 5 4

9 3 1 4 2 3

10 5 4 5 5 5

11 1 2 2 2 2

12 1 2 2 2 2

13 1 4 2 2 2

14 1 4 2 2 2

15 1 2 5 1 4

TOTAL 39 41 48 43 46


El olor no difiere significativamente al 5%.

0

100

200

300

400

500

600

T6 T7 T8 T9

337

453 461

552

MED

IAS

TRATAMIENTOS

68

Gráfico 27: Olor Fase 1

Mediante el gráfico se observa que predominó el aroma a chocolate, debido a la

utilización de malta tostada en la fórmula.

Cuadro 26: Datos Olor Fase 2

TRATAMIENTOS


1 5 3 2 2

2 4 3 5 1

3 5 4 2 4

4 2 3 3 1

5 2 3 3 1

6 5 2 2 4

7 2 3 4 1

8 2 3 1 2

9 4 3 4 1

10 1 2 5 4

11 1 4 3 3

12 2 4 3 3

13 1 2 3 3

14 2 2 3 3

15 2 3 3 2

TOTAL 40 44 46 35


El aroma no difiere significativamente al 5%.

PAN15%

CARAMELO20%

CHOCOLATE23%

CÍTRICO21%

MANZANA21%

PAN

CARAMELO

CHOCOLATE

CÍTRICO

MANZANA

69

Gráfico 28: Olor Fase 2

Mediante el gráfico se observa que predominó el aroma a chocolate, debido a la

utilización de malta tostada en la fórmula.

4.2.4 Análisis del Sabor

Cuadro 27: Datos Sabor Fase 1

TRATAMIENTOS


1 2 2 2 2 2

2 2 1 2 2 2

3 2 1 2 1 1

4 2 1 2 1 1

5 2 2 1 1 1

6 2 1 1 1 2

7 2 1 2 2 2

8 2 1 2 1 1

9 2 1 2 2 2

10 2 2 2 1 1

11 2 2 1 1 1

12 2 1 2 1 1

13 2 2 2 2 1

14 2 2 1 1 1

15 1 2 1 2 1

TOTAL 29 22 25 21 20


El sabor difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia de

malta tostada.

PAN24%

CARAMELO27%

CHOCOLATE28%

CÍTRICO21%

MANZANA0%

PAN

CARAMELO

CHOCOLATE

CÍTRICO

MANZANA

70

Gráfico 29: Sabor Fase 1

Mediante el gráfico se observa que T1 y T3 son los tratamientos de gusto más amargo

y T5 y T4 son los más dulces.

Cuadro 28: Datos Sabor Fase 2

TRATAMIENTOS


1 2 2 2 2

2 2 2 2 2

3 1 2 2 1

4 1 2 1 1

5 1 2 1 2

6 2 1 1 2

7 2 2 1 1

8 2 2 1 1

9 2 2 2 2

10 2 2 2 2

11 2 1 1 1

12 2 1 1 1

13 2 1 1 1

14 2 2 1 1

15 2 2 1 1

TOTAL 27 26 20 21


El sabor difiere significativamente al 5%, debido a la mayor o menor presencia de

malta tostada.

0

5

10

15

20

25

30

T1 T2 T3 T4 T5

29

2225

21 20M

EDIA

S

TRATAMIENTOS

71

Gráfico 30: Sabor Fase 2

Mediante el gráfico se observa que T6 y T7 son los tratamientos de gusto más amargo

y T8 y T9 son los más dulces.

4.2.5 Análisis del porcentaje óptimo entre malta tostada y sin tostar, determinado

por la preferencia:

Cuadro 29: Datos Preferencia Fase 1

TRATAMIENTOS


1 4 1 5 2 3

2 5 1 3 4 2

3 2 3 5 1 4

4 1 4 5 2 3

5 2 5 3 1 4

6 1 3 4 5 2

7 4 5 1 2 3

8 3 1 2 5 4

9 3 1 2 4 5

10 1 2 3 4 5

11 1 5 4 3 2

12 1 5 4 3 2

13 1 5 4 2 3

14 3 5 4 1 2

15 3 1 5 2 4

∑r 35 47 54 41 48

Medias 2,3 3,1 3,6 2,7 3,2

0

5

10

15

20

25

30

T6 T7 T8 T9

27 26

20 21

MED

IAS

TRATAMIENTOS

72

Gráfico 31: Preferencia Fase 1

Mediante el gráfico se observa que T3 es el tratamiento de mayor preferencia de la

fase 1.


TRATAMIENTOS


1 4 1 2 3

2 1 2 3 4

3 3 2 4 1

4 1 3 4 2

5 1 2 3 4

6 3 1 2 4

7 1 4 2 3

8 2 1 3 4

9 2 1 3 4

10 2 4 1 3

11 4 1 3 2

12 4 1 3 2

13 4 1 3 2

14 4 1 3 2

15 3 1 4 2

∑r 39 26 43 42

Medias 2,6 1,7 2,9 2,8

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

T1 T2 T3 T4 T5

2,3

3,1

3,6

2,7

3,2

MED

IAS

TRATAMIENTOS

73


Mediante el gráfico se observa que T8 es el tratamiento de mayor preferencia de la

fase 2.


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

T6 T7 T8 T9

2,6

1,7

2,9 2,8

MED

IAS

TRATAMIENTOS

TRATAMIENTOS

DEGUSTADORES T3 T8

1 1 2

2 2 1

3 1 2

4 1 2

5 1 2

6 1 2

7 1 2

8 1 2

9 1 2

10 1 2

11 1 2

12 2 1

13 1 2

14 1 2

15 1 2

∑R 17 28

∑R2 289 784 1073

Media 1,13 1,87

74

𝑥2 =12

15.2(2+1)1073 − 3.15(2 + 1)

𝑥2 = 7,71

Valor tabular al 5% = 3,84

Valor tabular al 1% = 6,63

El resultado de la prueba de Friedman para la preferencia, indica que existe diferencia

altamente significativa, lo que muestra que los tratamientos son distintos.


Mediante el gráfico se observa que T8 es el tratamiento preferido por los degustadores,

es decir es la mezcla óptima entre malta tostada y sin tostar.

4.3 ANÁLISIS MICROBIOLÓGICO DEL MEJOR TRATAMIENTO

Cuadro 32: Análisis microbiológico

Parámetro analizado Unidad Resultado Método de ensayo

Recuento mohos UPM/ml 0 AOAC 997.02

Recuento levaduras UPL/ml 1.4 x 106 AOAC 997.02

Recuento aerobios mesófilos UFC/ml 0 AOAC 989.10

Recuento coliformes totales UFC/ml 0 AOAC 989.10

Los análisis demuestran que la cerveza está libre de microorganismos aerobios, por lo

que es apta para el consumo. El resultado de los análisis microbiológicos se encuentra

en el Anexo 9.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

T3 T8

1,13

1,87

MED

IAS

TRATAMIENTOS

75

5,00 kg de malta + 12l de mosto

22 L de jarabe

5,05 kg

5.10 kg

1%

4.4 RENDIMIENTO DEL MEJOR TRATAMIENTO

Balance de Materiales del proceso de elaboración de cerveza artesanal tipo ale

oscura

5,05 kg

5,00 kg de malta

Malteado

Hervido

Enfriamiento

15 l Agua

15 l de Agua + 1% de humedad

Secado

4,25 kg

Tostado

0,75 kg Malta Tostada

14 g Lúpulo

20 l de mosto

12 l Agua Maceración


Molienda

10% de jarabe

Filtración

5,00 kg de malta + 22 l de mosto

jarabe

Lavado 10 l Agua

5,00 kg. de Malta

Recepción

Selección

Pesado

1

76

11g Levadura liofilizada

Saccharomyces cerevisiae

A partir de 5.1 kg de cebada se obtuvo 20.4 kg de cerveza con 5,7°GL de alcohol, lo

que indica que hubo un 75.28% de rendimiento.

Inoculación

Fermentación

Maduración

Embotellado

Etiquetado

6 g. de azúcar x litro de

mosto

20.4 kg de cerveza tipo ale oscura

1

77


4.5 COSTOS DE PRODUCCIÓN DEL MEJOR TRATAMIENTO

Cuadro 33: Costos de producción para la obtención de 160 ml de cerveza artesanal tipo ale oscura

utilizando un biorreactor de nivel piloto.

MEJOR TRATAMIENTO CANTIDAD COSTO USD

Agua 180 ml 0,004

Cebada 40 g 0,080

Lúpulo 0,11 g 0,011

Levadura 0,09 g 0,045

Azúcar 0,96 g 0,001

Envases de 160 ml 1 botella 0,400

Mano de obra 0,090

Electricidad 20,5 horas 0,050

TOTAL 0,681

El costo de producción de una botella de cerveza artesanal tipo ale oscura de 160 ml

es de 0,681 USD.

4.6 EFICIENCIA DEL BIORREACTOR

Disponibilidad: (TO/TOT) x 100

Tiempo de operación = 23 Horas

Tiempo de operación total = 24 Horas – 0horas

Tiempo de operación total = 24Horas.

Disponibilidad = (23/24) X 100

Disponibilidad = 95.83%

Eficiencia:

Tiempo de ciclo ideal = 1 producto/23 horas

Eficiencia = 𝟐𝟑

𝟐𝟑 𝒙 𝟏 = 1

Calidad: 1/1= 1

Eficiencia General del Equipo = 95,83 x 1 x 1 = 95,83%

78

4.6.1 Eficiencia del sistema eléctrico del biorreactor

79

El resultado obtenido indica que la eficiencia del sistema eléctrico del Biorreactor tiene

una excelente competitividad.

80

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

1. Al analizar la influencia de la temperatura en el tiempo de fermentación, se

observa que T9 (15% de malta tostada, 25° C), alcanza la densidad para el

producto final de 1,020 g/ml, en menor tiempo que los demás tratamientos.

2. La valoración del pH indica que T5 (10% de malta tostada, 20°C), T7 (15%

de malta tostada, 15 °C), T8 (15% de malta tostada, 20° C) y T9 (15% de malta

tostada, 25° C) poseen los valores más bajos, lo que contribuye a su

conservación.

3. El tratamiento con mayor grado alcohólico es T3 (5% malta tostada, 25° C)

debido a que tiene menor cantidad de malta tostada, es decir posee más

azúcares fermentables y la temperatura de fermentación es más alta.

4. El análisis de las características organolépticas, dio como resultado que T8

(15% de malta tostada, 20° C) y T9 (15% de malta tostada, 25° C), son los

tratamientos que obtuvieron mayor aceptación de los degustadores.

5. Se determinó que el porcentaje de mezcla óptimo entre malta tostada y sin

tostar para elaborar cerveza artesanal tipo Ale oscura es 15% de malta tostada

y 85% de malta sin tostar; debido a que T8 fue el tratamiento preferido por los

degustadores.

6. Las pruebas microbiológicas realizadas al mejor tratamiento T8 (15% de malta

tostada, 20° C) determinan que cumple con la NTE INEN 2262, por lo que es

apto para el consumo.

7. El rendimiento del mejor tratamiento T8 (15% de malta tostada, 20° C), fue

del 75.28% y el costo de producción de una botella de cerveza artesanal tipo

ale oscura de 160 ml fue de 0,681 USD.

8. Se evaluó el funcionamiento del biorreactor de 50 litros por medio del sistema

de Eficiencia general del equipo, obteniendo como resultado 95,83% de

eficiencia general y un 86,93% de eficiencia del sistema eléctrico.

9. Se determinó que los porcentajes de malta tostada y sin tostar, si influyen en

las características organolépticas y que la temperatura interviene en el tiempo

81

requerido para la fermentación en el proceso de obtención de cerveza artesanal

tipo Ale oscura, por tanto se aceptan las hipótesis alternativas.

5.2 RECOMENDACIONES

1. En el proceso de inoculación enfriar el mosto máximo en 15 minutos para

evitar la contaminación y variación del pH.

2. Luego del proceso del tostado, es necesario almacenar la malta por un lapso

aproximado de 2 semanas antes de usarla para la fabricación de cerveza, para

evitar sabores y aromas indeseables.

3. Leer las instrucciones de uso del biorreactor antes de su operación.

4. Investigar posibles usos para los residuos de la filtración.

5. Realizar más investigaciones sobre cerveza artesanal, con el fin de obtener

más datos que ayuden a elaborar una norma.

82

CAPÍTULO VI

BIBLIOGRAFÍA

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86

CAPÍTULO VII

ANEXOS

1.

PROTOCOLO DE USO Y FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

NOMBRE DEL EQUIPO: BIORREACTOR

CAPACIDAD: 50 litros PÁGINA 1/2

PROCEDIMIENTO OBSERVACIONES

o Higienizar prolijamente el biorreactor antes y

después de su uso.

o Antes de encender, suministrar agua a la doble

camisa del biorreactor.

o Llenar el airlock con agua.

o Cerrar todas las válvulas a excepción de la válvula

superior que conecta la doble camisa.

o Conectar el cable de alimentación a un

tomacorriente de 110V.

o Seleccionar el nivel de temperatura deseado. Se

encenderá el botón verde del tablero de control y

cuando llegue a la temperatura requerida se

encenderá el botón rojo y se mantendrá la

temperatura.

o Verificar la temperatura en el termómetro.

o Cargar el sustrato a fermentar, cuidando de no

derramarlo sobre el tablero de control.

Cuando debido a condiciones

ambientales externas haya

variación de temperatura

interna, el sistema eléctrico se

encenderá automáticamente y

regulará la temperatura.

87

PROTOCOLO DE USO Y FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

NOMBRE DEL EQUIPO: BIORREACTOR

CAPACIDAD: 50 litros PÁGINA 2/2

PROCEDIMIENTO OBSERVACIONES

o Cerrar y ajustar la tapa.

o Controlar la presión en el manómetro.

o Para encender o apagar el agitador, presione

ON/OFF en el panel de control.

Llave # 12

manómetro termómetro

airlock

entrada de agua

toma de muestras

salida de agua

salida de agua

salida del producto

toma de muestras

motor

entrada del producto

88

2. Encuesta de Consumo de Cerveza


FICAYA

ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

ENCUESTA DE CONSUMO DE CERVEZA

Fecha:

Por favor responda las siguientes preguntas, que servirán para medir el grado de

aceptación de la cerveza artesanal.

1. Edad

2. Sexo Masculino

Femenino

3. ¿Consume cerveza?:

Si

No

4. ¿Con qué frecuencia consume cerveza?

Diariamente

Semanalmente

Cada 2 semanas

Mensualmente

Ocasionalmente

5. ¿Qué tipo de cerveza ha probado?

Nacional

Extranjera

Artesanal

6. ¿Qué marca de cerveza prefiere?

Pilsener

Club

Heineken

89

Budweiser

Corona

7. ¿Por qué prefiere esa marca?

Sabor

Presentación

Precio

Disponibilidad

8. ¿Qué característica busca en una cerveza?

Sabor

Color

Aroma

Textura

Espumosidad

Grados de alcohol

9. ¿Ha consumido cerveza artesanal?

Si

No

No sabe

10. ¿Probaría un tipo de cerveza diferente al tradicional?

Si

No

Tal vez

11. ¿Cuánto pagaría por una cerveza sin aditivos, sin conservantes artificiales,

ni colorantes?

0,70 USD

1,00 USD

1,25 USD

GRACIAS POR SU COLABORACIÓN

90

3. Datos de la Encuesta

Se encuestó a 30 personas de la localidad para medir el grado de aceptación de la

cerveza artesanal, los datos obtenidos fueron:

1. Edad

2. Sexo

3. ¿Consume Cerveza?

7%7%

7%

7%

7%

3%

13%3%

10%

7%

3%

3%

7%

3%7%

7%

19

21

22

23

25

28

30

31

32

34

35

36

40

42

45

50

63%

37% MASCULINO

FEMENINO

100%

0%

SI

NO

91

4. ¿Con qué frecuencia consume cerveza?

5. ¿Qué tipo de cerveza ha probado?

6. ¿Qué marca de cereza prefiere?

3%

40%

7%20%

30%

DIARAMENTE

SEMANALMENTE

CADA 2 SEMANAS

MENSUALMENTE

OCASIONALMENTE

54%

13%

0%

30%

3%NACIONAL

EXTRANJERA

ARTESANAL

NAC. YEXTRANJERA

NAC, EXTRAN,ARTES

57%

3%

13%

10%

17%PILSENER

CLUB

HEINEKEN

CORONA

BUSWEISER

92

7. ¿Por qué prefiere esa marca?

8. ¿Qué característica busca en una cerveza?

9. ¿Ha consumido cerveza artesanal?

70%

3%

20%

7% SABOR

PRESENTACIÓN

PRECIO

DISPONIBILIDAD

73%

7%3%

17%

SABOR

COLOR

AROMA

TEXTURA

ESPUMOSIDAD

GRADOS DEALCOHOL

3%

83%

14%SI

NO

NO SABE

93

10. ¿Probaría un tipo de cerveza diferente al tradicional?

11. ¿Cuánto pagaría por una cerveza sin aditivos, sin conservantes

artificiales, ni colorantes?

63%10%

27% SI

NO

TAL VEZ

20%

70%

10%$0,70

$1,00

$1,25

94

4. Fichas de la degustación


FICAYA


FICHA DE DEGUSTACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL

TIPO ALE OSCURA

Por favor responda las siguientes preguntas, que servirán para determinar la

aceptabilidad de consumo de la cerveza artesanal tipo ale oscura.

NOMBRE 31/05/2014

SEXO NÚMERO ASIGNADO

INDICACIONES:

Hay cinco muestras a ser evaluadas por usted. Pruebe cada una de ellas en la secuencia

presentada. Tome un primer bocado de cerveza, luego tome un segundo bocado y

espere un momento.

Tome un bocado de agua con galletas después de cada degustación.

Marque con una X el término que más describe lo que usted siente por la muestra.

1.- La apariencia de la cerveza es:

423 897 542 378 215

Clara

Turbia

2.- Color de la cerveza. Con ayuda de la tabla SRM

423 897 542 378 215

SRM

3.- ¿Qué aroma predomina en la cerveza?

FECHA

EDAD ___________

SEXO M F NÚMERO ASIGNADO

95

423 897 542 378 215

Pan

Caramelo

Chocolate

Cítrico

Manzana

4.- ¿Qué gusto sobresale en la cerveza?

423 897 542 378 215

Dulce

Amargo

6.- Asigne un orden de preferencia a las cervezas presentadas usando las

siguientes categorías:

1 = La más preferida

5 = La menos preferida

No se permiten empates


Cerveza Orden de preferencia

423

897

542

378

215

96


FICAYA

ESCUELA DE INGENIERÍA

AGROINDUSTRIAL


TIPO ALE OSCURA



NOMBRE 31/05/2014


INDICACIONES:

Hay cuatro muestras a ser evaluadas por usted. Pruebe cada una de ellas en la

secuencia presentada. Tome un primer bocado de cerveza, luego tome un segundo

bocado y espere un momento.

Tome un bocado de agua con galletas después de cada degustación.

Marque con una X el término que más describe lo que usted siente por la muestra.

1.- La apariencia de la cerveza es:

438 696 324 765

Clara

Turbia

2.- Color de la cerveza. Con ayuda de la tabla SRM

438 696 324 765

SRM

FECHA

EDAD ___________


97

3.- ¿Qué aroma predomina en la cerveza?

438 696 324 765

Pan

Caramelo

Chocolate

Cítrico

Manzana

4.- ¿Qué gusto sobresale en la cerveza?

438 696 324 765

Dulce

Amargo

6.- Asigne un orden de preferencia a las cervezas presentadas usando las

siguientes categorías:

1 = La más preferida

4 = La menos preferida

No se permiten empates


Cerveza Orden de preferencia

438

696

324

765

98


FICAYA



TIPO ALE OSCURA



NOMBRE 31/05/2014


1.- Escriba la cerveza de su preferencia.

2.- ¿Compraría éste producto?

¿Por qué?________________________________________________________

_________________________________________________________________


FECHA

EDAD ___________

Si

No

Tal vez


99

5. Datos de la degustación:

La cerveza fue degustada por 15 personas adultas, con las siguientes

características y opción de compra de la cerveza:

1. Edad

2. Sexo

3. ¿Compraría este producto?

17%

13%

17%20%

3%

7%

13%

10%

1924303435384550

60%

40%

Masculino

Femenino

100%

0%

SI

NO

100

6. Fotografías de la degustación

102

7. Tabla SRM

8. Fórmula base para 20 Litros de cerveza.

Materia prima Gramos

Malta 5000

Levadura 11

Lúpulo 14

Agua 22000

Azúcar 120

(De la Peña, 2006)

103

9. Resultado Análisis Microbiológico

104

10. Resultado del Análisis Físico - Químico de la cebada, la malta sin tostar,

la cerveza y la malta tostada.

105

11. Resultado del análisis de acidez de la cerveza

106

12. Hoja técnica de Levadura Saccharomyces cereviciae

107

13. Hoja Técnica del Lúpulo

108

14. Método turbidimétrico

Este método se basa en que la turbidez de una suspensión está relacionada con

su concentración celular, que puede ser determinada mediante un

espectrofotómetro o por la comparación con la escala de McFarland, que

consiste en una serie de tubos con turbidez creciente, en una escala que va del

0,5 al 10 (Gamazo, Sánchez, & Camacho, 2013).

(Dominguez, 2012)

15. Normas INEN

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